Universitatea Transilvania din Brasovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

I

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: Burse doctorale si postdoctorale pentru cercetare de excelenta

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/159/1.5/S/134378

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Partener:

Universitatea Transilvania din Brasov

Școala Doctorală Interdisciplinară

Departament: Prelucrarea Lemnului și Designul Produselor din

Lemn

Ing. Cristina Marinela OLĂRESCU

Îmbunătăţirea unor proprietăţi ale panourilor reconstituite

din lemn masiv prin realizarea acestora din frize

termotratate în vederea utilizării acestora în condiţii de

exterior

Improvement of some properties of solid wood panels made

from heat-treated wood strips for outdoor uses

Conducător ştiinţific

Prof.dr.ing. Mihaela CÂMPEAN

BRASOV, 2015

II

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 7120 din 17. 12. 2014

PREŞEDINTE: Prof. Dr. Ing. Mihai ISPAS

Decan-Facultatea de Ingineria Lemnului

Universitatea Transilvania din Braşov

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. Dr. Ing. Mihaela CÂMPEAN


REFERENŢI: Prof. Dr. Ing. Francisc PETER

Universitatea Politehnica din Timişoara

Cercet. şt. gr. I Dr. Ing. Iovu Adrian BIRIŞ

Institutul de Cercetǎri şi Amenajǎri Silvice Bucureşti

Conf. Dr. Ing. Camelia COŞEREANU


Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 09.02.2015, ora 12:00

sala L III 3.

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected].

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

III

MULȚUMIRI

Finalizarea tezei de doctorat reprezintă momentul în care se încheie o etapă din pregătirea

mea profesională și este rezultatul efortului meu și în special al coordonatorului ştiinţific

Prof.dr.ing. Mihaela CÂMPEAN, căreia îi datorez deosebită recunoștință pentru

profesionalismul și răbdarea de care a dat dovadă în îndrumarea competentă și permanentă pe

parcursul elaborării acestei teze de doctorat.

Doresc să le adresez mulțumiri tuturor acelor oameni minunați care mi-au oferit

consultanță științifică și care și-au rupt din timpul lor pentru a-mi fi de ajutor mie.

Doresc să aduc sincere mulţumiri domnilor Prof. dr. ing. Mihai ISPAS, Ivan CISMARU

cât și doamnei Conf. dr. ing. Camelia COȘEREANU pentru sfaturile pertinente în calitate de

membri în comisia de îndrumare care au fost alături la toate referatele susținute.

Mulțumesc încă o dată doamnei Camelia COȘEREANU alături de doamna Conf.dr.ing.

Luminița BRENCI pentru ajutorul și încrederea acordată în efectuarea testelor de planeitate și

transfer termic.

Mulțumesc cu drag doamnei cercetător științific Dr. ing. Anca VARODI pentru realizarea

testelor de culoare la panourile realizate. Mulțumesc de asemenea doamnei Prof. Dr.ing. Maria

Cristina TIMAR pentru acordul dat în realizarea acestor teste.

Alese mulțumiri fratelui meu, Şef.luc.dr.ing. Alin OLĂRESCU pentru realizarea

epruvetelor și consultanță pe toată perioada stagiului de doctorat.

Țin să mulțumesc doamnei Şef.luc.dr.ing. Mihaela POROJAN pentru ajutorul acordat în

realizarea testelor de rezistență a încleierii, precum și doamnei Şef.luc.dr.ing. Emilia SALCĂ

pentru încurajarea și susținerea pe parcursul celor trei ani de studii doctorale. Mulțumesc de

asemenea doamnei laborant Vasilica MOCĂNAŞU pentru ajutorul și încrederea acordată ori de

câte ori am avut nevoie.

Nu în ultimul rând doresc să mulțumesc întregului personal de la Atelierul școală al

Facultății de Ingineria Lemnului pentru ajutorul acordat ori de câte ori am solicitat.

Mulțumesc de asemenea domnului tehnician Ing. Sergiu Georgescu pentru ajutorul

acordat pe parcursul celor trei ani de cercetări experimentale atât în cadrul Laboratorului de

Tratamente termice ale lemnului cât și în cadrul Institututului de Cercetare al Universitătii

Transilvania din Brașov (CDI Produse High – Tech pentru Dezvoltare Durabilă PROD-DD

Nr.11/2009/ ID:123/SMIS:2637).

Doresc să mulţumesc în mod deosebit părinţilor pentru sprijinul moral şi material acordat

pe parcursul celor trei ani de studii doctorale, precum și soţului meu pentru ajutorul, înţelegerea

şi răbdarea acordată.

Drd.ing. Cristina Marinela OLĂRESCU (căs BILIBOC)

IV

CUPRINS

Pg.

teză

Pg.

rezumat

LISTA DE ABREVIERI VII VIII

INTRODUCERE 1 1

CAPITOLUL 1. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND

TERMOTRATAREA LEMNULUI ŞI EFECTELE ACESTUI PROCES

ASUPRA PROPRIETĂŢIILOR LEMNULUI

4 2

1.1. Procedee de termotratare aplicate la lemn 4 2

1.2. Efectele termotratării asupra proprietăţilor lemnului 17 4

1.3. Particularităţi ale termotratării asupra proprietăţilor lemnului juvenil 23 7

1.4. Concluzii....................................................................................................... 26 9

CAPITOLUL 2. OBIECTIVELE TEZEI............................................................. 28 10

CAPITOLUL 3. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND

AMELIORAREA PRIN TERMOTRATARE A UNOR PROPRIETĂŢI ALE

LEMNULUI DE MOLID, PIN NEGRU, TEI ŞI FAG ..............................

31 13

3.1. Obiectivul cercetării ..................................................................................... 31 13

3.2. Metodica cercetării ....................................................................................... 31 13

3.2.1. Material ............................................................................................... 31 13

3.2.2. Aparatură ............................................................................................... 33 14

3.2.3. Metodă ................................................................................................. 37 14

3.3 Rezultate experimentale şi discuţii ................................................................ 42 18

3.3.1. Densitatea materialului lemnos înainte de termotratare ....................... 42 18

3.3.2. Pierderea de masă ................................................................................. 42 18

3.3.3. Coeficienţii de umflare ......................................................................... 47 22

3.3.4. Stabilitatea dimensională ...................................................................... 54 25

3.3.5. Culoarea lemnului termotratat şi stabilitatea acestuia în urma

expunerii la radiaţie solară sub sticlă ....................................................................... 58 28

3.4. Concluzii ....................................................................................................... 69 30

CAPITOLUL 4. CERCETĂRI TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE

PRIVIND PANOURILE RECONSTITUITE DIN FRIZE

TERMOTRATATE DIN LEMN DE MOLID ŞI TEI ........................................

73 33

4.1. Obiectivele cercetării ..................................................................................... 73 33

4.2. Cercetări teoretice în vederea elaborării metodologiei de cercetare ............. 73 33

4.2.1. Stabilirea regimului de termotratare a frizelor ...................................... 73 33

4.2.2. Stabilirea metodologiei de expunere în condiţii de exterior a 74 34

V

panourilor .................................................................................................................

4.2.3. Cercetări teoretice privind evaluarea stabilităţii dimensionale a

panourilor ................................................................................................................. 75 34

4.2.4. Cercetări teoretice privind evaluarea planeităţii panourilor .................. 76 35

4.2.5. Cercetări teoretice privind evaluarea stabilităţii culorii panourilor ...... 77 35

4.2.6. Cercetări teoretice privind evaluarea conductivităţii termice a

panourilor ................................................................................................................. 78 36

4.2.7. Cercetări teoretice privind evaluarea rezistenţei încleierii la panouri

reconstituite din lemn masiv .................................................................................... 80 37

4.3. Cercetări experimentale privind proprietăţile panourilor reconstituite din

frize termotratate comparativ cu panourile realizate din frize netratate ................... 82 38

4.3.1. Material, metodă, aparatură .................................................................. 82 38

4.3.2. Rezultate experimentale şi discuţii ....................................................... 99 46

4.3.2.1. Umiditatea panourilor ............................................................... 99 46

4.3.2.2. Stabilitatea dimensională a panourilor ...................................... 101 48

4.3.2.3. Planeitatea ................................................................................. 105 50

4.3.2.4. Stabilitatea culorii .................................................................... 109 54

4.3.2.5. Conductivitatea termică ............................................................. 115 59

4.3.2.6. Rezistența încleierii ................................................................... 116 60

4.4. Concluzii ...................................................................................................... 118 61

CAPITOLUL 5. CONCLUZII. CONTRIBUŢII ORIGINALE.

DISEMINAREA REZULTATELOR. DIRECTII VIITOARE DE

CERCETARE.

120 63

5.1. Concluzii ..................................................................................................... 120 63

5.2. Contribuţii originale .................................................................................... 126 68

5.3. Diseminarea rezultatelor ............................................................................. 127 69

5.4. Direcții viitoare de cercetare ....................................................................... 129 70

BIBLIOGRAFIE 130 71

Scurt Rezumat (romȃnă/engleză) ..................................................................... 146 75

CURRICULUM VITAE .................................................................................... 147 76

VI

TABLE OF CONTENTS

Pg.

thesis

Pg.

summary

ABREVIATIONS.................................................................................................... VII VIII

INTRODUCTION 1 1

CHAPTER 1. PRESENT STATE OF RESEARCH CONCERNING THE

HEAT-TREATMENT OF WOOD AND THE EFFECTS OF THIS

PROCESS UPON THE PROPERTIES OF WOOD .........................................

4 2

1.1. Heat-treatment methods applied to wood .................................................... 4 2

1.2. Effects of the heat-treatment upon wood properties 17 4

1.3. Peculiarities of the heat-treatment upon the properties of juvenile wood 23 7

1.4. Conclusions.................................................................................................. 26 9

CHAPTER 2. OBJECTIVES............................................................... 28 10

CHAPTER 3. EXPERIMENTAL RESEARCHES CONCERNNG THE

IMPROVEMENT OF SOME PROPERTIES OF SPRUCE, BLACK PINE,

LIME AND BEECH WOOD THROUGH HEAT-

TREATMENT........................................................................................................

31 13

3.1. Research objective ..................................................................................... 31 13

3.2. Research method ......................................................................................... 31 13

3.2.1. Materials ............................................................................................. 31 13

3.2.2. Equipment ............................................................................................ 33 14

3.2.3. Method ................................................................................................. 37 14

3.3 Results and discussions ................................................................................. 42 18

3.3.1. Wood density before heat-treatment 42 18

3.3.2. Mass loss ............ .......................................................................... 42 18

3.3.3. Swelling coefficients ............................................................................ 47 22

3.3.4. Dimensional stability............................................................................ 54 25

3.3.5. Colour of heat-treated wood and its stability after solar radiation

under glass ............................................................................................................... 58 28

3.4. Conclusions .................................................................................................. 69 30

CHAPTER 4. THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCHES

ON SOLID WOOD PANELS MADE FROM HEAT-TREATED SPRUCE

AND LIME WOOD STRIPS ................................................................................

73 33

4.1. Research objectives .................................................................................... 73 33

4.2. Theoretical research for elaboration of research method.............................. 73 33

VII

4.2.1. Establishing the heat-treatment conditions for wood strips.... ............. 73 33

4.2.2. Establishing the outdoor exposure conditions of the panels 74 34

4.2.3. Theoretical research concerning the evaluation of the dimensional

stability of the panels .............................................................................................. 75 34

4.2.4. Theoretical research concerning the evaluation of the panel

planity....................................................................................................................... 76 35

4.2.5. Theoretical research concerning the evaluation of the colour stability

of the panels ............................................................................................................. 77 35

4.2.6. Theoretical research concerning the evaluation of the thermal

conductivity of the panels ........................................................................................ 78 36

4.2.7. Theoretical research concerning the evaluation of the gluing strength

of the panels ............................................................................................................ 80 37

4.3. Experimental research concerning the properties of solid wood panels

made from heat-treated wood strips compared to the ones made from untreated

wood strips................................................................................................................

82 38

4.3.1. Materials, method and equipment ........................................................ 82 38

4.3.2. Results and discussionss...................................................................... 99 46

4.3.2.1. Moisture content of the panels ................................................ 99 46

4.3.2.2. Dimensional stability of the panels ........................................... 101 48

4.3.2.3. Planity....... ................................................................................ 105 50

4.3.2.4. Colour stability .... .................................................................... 109 54

4.3.2.5. Thermal conductivity ............................................................... 115 59

4.3.2.6. Gluing strength ......................................................................... 116 60

4.4. Conclusions.................................................................................................. 118 61

CHAPTER 5. CONCLUSIONS. ORIGINAL CONTRIBUTIONS.

DISSEMINATION OF THE RESULTS. DIRECTIONS FOR FUTURE

RESEARCH

120 63

5.1. Conclusions ................................................................................................. 120 63

5.2. Original contributions ................................................................................. 126 68

5.3. Dissemination of the results......................................................................... 127 69

5.4. Directions for future research...................................................................... 129 70

REFERENCES 130 71

Short abstract (Romanian/English) ................................................. 146 75

Curriculum vitae (Romanian/English) ........................................... 147 76

VIII

LISTA DE ABREVIERI

Parametru U/M Simbol

Umiditatea relativă a aerului % RH

Conținutul de umiditate % U

Temperatura °C T

Pierderea de masă % PM

Punctul de saturație al fibrei PSF

Densitatea la stare anhidră Kg/m3 ρ0

Masa epruvetei la stare anhidră g m0

Volumul epruvetei la stare anhidră m3 V0

Masa epruvetei înainte de tratare g mi

Masa aceleiaşi epruvete după tratare g mf

Coeficientul de umflare totală în direcție radială % αrmax

Coeficientul de umflare totală în direcție tangențială % αtmax

Coeficientul de umflare totală volumică % αvmax

Coeficientul de umflare al lemnului netratat αlemn_netratat

Coeficientul de umflare al lemnului tratat αlemn_netratat

Dimensiunea epruvetei în stare absolut uscată, în

direcție tangențială mm ltmin

Dimensiunea epruvetei în stare absolut uscată, în

lungul fibrelor mm lαmin

Dimensiunea epruvetei la umiditatea de saturație a

fibrei, în direcție radială mm lrmax


fibrei, în direcție tangențială mm ltmax


fibrei, în lungul fibrei mm lαmax

Coordonatele spațiului de culoare tridimensional

CIEL*a*b* L*, a* b*

Variația luminozității ΔL*

Variația totală a culorii ΔE*

Variația coordonatei de culoare roşu-verde Δa*

Variația coordonatei de culoare galben-albastru Δb*

Coeficientul de stabilitate dimensională în direcție

radială % ASEr

IX

Coeficientul de stabilitate dimensională în direcție

tangențială % ASEt

Coeficientul de stabilitate dimensională în întregul

volum % ASEv

Dimensiunea panoului (lungimea L, lățimea b sau

grosimea g) în stare inițială mm lmin

Dimensiunea panoului (lungimea L, lățimea b sau

grosimea g) după 1, 2, 3 luni de expunere în condiții de

exterior

mm lmax

Abaterea de la planeitate mm AP

Valoarea absolută a abaterii maxime mm Apmax

Valoarea absolută a abaterii minime mm Apmin

Punctele de măsurare a planeității panourilor T1,T2,T3,T4,T5

Coeficientul de conductivitate termică W/mK λ

Rezistența la forfecare a încleierii N/mm2 fv

Forța maximă la care s-a produs ruperea N F

Lungimea ariei de forfecare mm l

Lățimea ariei de forfecare mm b

Media aritmetică a rezultatelor obținute în urma

testelor sau măsurătorilor x

Abaterea standard (STDEV) s

Molid matur netratat NMM

Molid subțire tratat MS

Molid subțire netratat NMS

Pin matur tratat PM

Pin matur netratat NPM

Pin subțire tratat PS

Pin subțire netratat NPS

Tei matur tratat TM

Tei matur netratat NTM

Tei subțire tratat TS

Tei subțire netratat NTS

Fag matur tratat FM

Fag matur netratat NFM

Fag subțire tratat FS

Fag subțire netratat NFS

1

INTRODUCERE

Prezenta cercetare abordează o temă de actualitate în domeniul ingineriei lemnului, cu

aplicabilitate directă în practica industrială şi anume aceea a îmbunătăţirii unor proprietăţi ale

panourilor reconstituite din lemn masiv prin realizarea lor din frize termotratate. După cum se

ştie, datorită modificărilor care apar în compoziţia chimică a lemnului sub efectul temperaturii

ridicate (peste 160°C), tratamentul de modificare termică a lemnului (pe scurt, „termotratarea”)

este o modalitate ecologică recunoscută de îmbunătăţire a unor proprietăţi ale lemnului precum

higroscopicitatea, stabilitatea dimensională şi durabilitatea, adică acele proprietăţi care crează

premisele utilizării lemnului astfel tratat în condiţii de exterior.

Tematica prezentei teze de doctorat se încadrează în Planul Naţional de Cercetare,

Dezvoltare şi Inovare 2007 – 2013 / Materiale, procese şi produse innovative / Materiale

avansate / Materiale şi biomateriale avansate pentru creşterea calităţii vieţii.

Cercetarea în cadrul tezei de doctorat a pornit de la dorinţa de evaluare a efectelor

tratamentului de termotratare cu diferite regimuri (temperatură şi durată), asupra a diferite specii

lemnoase. Pentru acest studiu s-au selectat în primă fază patru specii indigene, astfel încât să fie

reprezentate toate categoriile, respectiv: răşinoase fără duramen: molidul (Picea abies), răşinoase

cu duramen: pinul negru (Pinus nigra), foioase moi: teiul (Tilia cordata), foioase tari: fagul

(Fagus sylvatica).

Probele provenite din acelaşi areal U. P. II Stroeşti – Argeş (45° 8' 0" Nord, 24° 47' 0"

Est), au fost debitate atât din trunchiuri mature (cu diametru peste 26cm), cât şi din trunchiuri

subţiri (cu diametru ȋntre 11 - 17cm), pentru a evalua, în premierǎ, efectele acestui tratament

asupra lemnului cu proporţie ridicatǎ de lemn juvenil, mai instabil dimensional decât cel provenit

din trunchiuri mature. Cercetarea a vizat astfel, evaluarea potenţialului de valorificare superioară

a acestei resurse secundare de masă lemnoasă, la fabricarea panourilor reconstituite din lemn

masiv pentru condiţii de exterior, fără a solicita rezistenţe mecanice deosebite, ci având un scop

mai mult decorativ şi de izolare termică (ex: pentru placări verticale, pardoseli de verandă etc.).

Prin tematica propusă şi abordarea experimentală de concepţie proprie, teza are un

pronunţat caracter de originalitate. Rezultatele experimentelor realizate constituie date valoroase

cu privire la proprietăţile lemnului tratat termic din speciile şi sortimentele mai sus amintite, dar

şi cu privire la proprietăţile panourilor reconstituite din frize termotratate, care vin să

îmbogăţească literatura de specialitate.

Lucrarea este structurată pe cinci capitole mari, prezentând dezvoltarea studiului pas cu

pas: pornind de la stadiul actual al cercetărilor pe tematica aleasă, formularea obiectivelor

propuse, apoi cercetările teoretice şi experimentale, urmând ca în final să fie prezentate

concluziile generale şi posibilele direcţii de valorificare a rezultatelor acestor cercetări.

2

CAPITOLUL 1.

STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND

TERMOTRATAREA LEMNULUI ŞI EFECTELE ACESTUI

PROCES ASUPRA PROPRIETĂŢILOR LEMNULUI

1.1. Procedee de termotratare aplicate la lemn

Modificarea termică a lemnului (numită pe scurt „termotratare”) este procesul în care

lemnul uscat este supus unor temperaturi înalte (160 - 260ºC) timp de câteva ore. În aceste

condiţii, componenţii chimici principali ai lemnului suferă o serie de modificări, determinând

astfel şi modificarea unor proprietăţi ale lemnului, în principal reducerea higroscopicităţii,

creşterea stabilităţii dimensionale şi creşterea rezistenţei la biodegradare. Astfel, fără nici un

adaos de substanţe chimice, ci doar sub influenţa temperaturii ridicate, lemnul devine un material

adecvat utilizărilor în condiţii de exterior şi umiditate ridicată (de exemplu pentru mobilier de

grădină, pontoane, faţade, saune, piscine etc.)

Temperatura de tratare trebuie aleasă astfel încât să producă pe cât posibil doar acele

modificări de structură chimică favorabile ameliorării (afectarea hemicelulozelor – componentul

cel mai hidrofil şi higroscopic) şi care să afecteze mai puțin structura celulozei (care asigură

rezistențele mecanice).

Conform datelor din literatura de specialitate, temperaturile la care descompunerea

compuşilor chimici principali ai lemnului are loc cu viteză maximă sunt: 180°C pentru

hemiceluloze, 270°C pentru lignină şi 340°C pentru celuloză (rezultate obținute pe lemn de plop

şi molid, raportate de Bobleter şi Binder 1980, citați de Timar 2003). Dar modificări în structura

chimică a lemnului, semnalate prin pierderi de masă, apar deja la temperaturi mai mici, în funcție

şi de specia lemnoasă (Oelhafen 2005). Astfel, Kollmann şi Fengel (1965) au raportat că

degradarea lemnului începe la 100ºC la pin, dar numai la 130-150ºC la stejar. În plus, la alegerea

temperaturii şi mediului de tratare trebuie ținut cont că începând de la 150°C poate avea loc

aprinderea lemnului, în special în prezența aerului (Timar 2003), motiv pentru care majoritatea

tratamentelor de modificare termică dezvoltate până în prezent fie că se realizează în mediu

umed, în atmosferă de vapori supraîncălziți puri (ThermoWood, Bois Perdure), în apă şi presiune

înaltă (Plato Wood), în uleiuri fierbinți (procedeul Menz Holz), fie într-un mediu de nitrogen

(Retiwood) (Leithoff 2001, Timar 2003, Militz şi Mai 2008, Esteves şi Pereira 2009).

În Tabelul 1.1 sunt prezentate sintetizat cele mai importante procedee de modificare

termică a lemnului aplicate în prezent la scară industrială în lume (Boonstra 2008, Esteves şi

Pereira 2009, Rapp şi Sailer 2001, http://files.kotisivukone.com/fr.thermowood,

http://www.thermotreatedwood.com,http://welldoneproducts.com, http://www.saegeindustrie.de,

www.menzholz.de).

http://files.kotisivukone.com/fr.thermowood

http://www.thermotreatedwood.com,http/welldoneproducts.com

http://www.saegeindustrie.de,/

http://www.menzholz.de/

3

Preţul de vânzare al lemnului termotratat variază în următoarele intervale de valori

(http://www.thermotreatedwood.com):

- în Europa: 300-500 €/m3

- în Rusia: 400-500 $/m3

- în Canada: 300-500 CAD/m3

.

Tabelul 1.1

Tehnologii de modificare termică a lemnului

Denumire

procedeu

(țara)

Agent de

tratare

Temperatura

în timpul

tratării

propriu-zise

[°C]

Durata

totală a

procesului

[h]

Specii la

care se

poate

aplica

Capacitatea

produsă

[m3] (anul)

ThermoWood

(Finlanda)

Vapori

supraîncălziți

(sub 5%

oxigen)

185 - 230 36 - 72 Răşinoase

Foioase

vezi

Fig. 1.1

Plato Process

(Olanda)

Vapori

supraîncălziți 160 - 190 240 - 312

Răşinoase

700 (2007)

OHT – Menz

Holz

(Germania)

Ulei fierbinte 180 - 220 24 - 36 Răşinoase

Foioase 800 (2007)

Rétification

(Franța)

Azot (sub 2%

oxigen) 200 - 240 8 - 12

Răşinoase

Foioase 3500 (2003)

Bois Perdure

(Franța şi

Canada)

Vapori

supraîncălziți 200 - 240 24 - 36

Răşinoase

-

Fig. 1.1 Evoluția capacității de producție a Thermowood în ultimul deceniu

Sursa: http://files.kotisivukone.com/fr.thermowood

Aplicarea temperaturilor înalte schimbă structura, proprietăţile fizice şi chimice ale

lemnului. Micrografiile din Fig. 1.2 arată modul în care structura lemnului diferă între pinul

netratat şi pinul tratat termic prin acest procedeu. Modificarea proprietăţilor este cauzată în

principal de degradarea termică a hemicelulozei; acestea încep să apară deja la aproximativ

4

150ºC şi continuă odată cu creşterea temperaturii. Ca urmare, atât umflarea cât şi contragerea

scad, iar durabilitatea biologică este îmbunătăţită.

a. b.

Fig. 1.2 Structura lemnului de:

a - pin netratat b - pin tratat prin procedeul ThermoWood

Sursa: ThermoWood Handbook 2003

1.2. Efectele termotratării asupra proprietăţilor lemnului

De-a lungul timpului au fost realizate numeroase determinări experimentale privind

efectele tratamentului la temperaturi înalte asupra proprietăţilor lemnului de diferite specii

lemnoase. Cele mai multe cercetări au fost realizate pe lemn de răşinoase, care este mai puţin

sensibil la temperatură şi se tratează uşor.

În continuare sunt prezentate sintetic doar cele mai importante rezultate obţinute de

diverşi cercetători din lume cu privire la efectul temotratării asupra principalelor proprietăţi

fizico-mecanice şi mai ales asupra stabilităţii dimensionale la cele patru specii selectate să facă

obiectul cercetărilor şi în prezenta lucrare.

Lemnul de molid. Alén ş.a (2002) tratând molid la temperatura de 180°C timp de 4 ore

au obţinut o pierdere de masă de 1,5% iar la temperatura de 225°C timp de 6 ore 12,5%.

Bekta si Niemz (2003) au constatat că epruvetele de molid expuse la temperaturi ridicate

(de 200°C timp de 2, 4, 8, 10 şi 24 de ore) se umflă mai puţin cu 7-9% decât cele netratate (în

direcţie tangenţială).

Mazela ş.a. (2003) au comparat pierderile de masă rezultate în urma tratării termice a

lemnului de molid în prezenţa oxigenului cu pierderile de masă rezultate în urma tratării termice

într-o atmosferă de vapori supraîncălziţi; ambele tratări au fost efectuate la temperaturile de 160,

190 şi respectiv 220°C timp de 6 – 24 de ore. S-a constatat că tratamentul timp de 6 ore la

ambele variante a fost similar pe când la 24 de ore s-au observat creşteri mai mari ale pierderii de

masă la tratarea în prezenţa oxigenului.

5

Borrega si Kärenlampi (2008) au studiat comportamentul mecanic al lemnului de molid

tratat termic; acesta a fost investigat în legătură cu pierderea de masă care apare în urma

tratamentului termic. La acelaşi conţinut de umiditate, rezistenţele lemnului s-au redus odată cu

creşterea pierderii de masă. Rigiditatea nu a fost afectată până la o pierdere de masă de

aproximativ 3%; ulterior a scăzut.

Este un fapt recunoscut că la temperaturi peste 150°C rezistenţele mecanice ale lemnului

scad. Motivul principal pentru pierderea rezistenţelor mecanice este degradarea hemicelulozelor,

care sunt mai puţin rezistente la temperaturi înalte decât celuloza şi lignină (Hillis 1984).

Degradarea se datorează în principal unor reacţii de depolimerizare (Kotilainen 2000, Wikberg şi

Maunu 2004). Există însă şi studii în care în urma tratamentului termic s-au obţinut valori mai

mari ale rezistenţelor comparativ cu probele netratate. De exemplu, Allegretti ş.a. (2012) au

tratat termic în vid, prin procedeul TERMOVUOTO lemn de molid la temperatura de 160°C

timp de 15h şi respectiv la temperatura de 200°C timp de 7h. Contrar aştepărilor (conform cărora

termotratatrea reduce rezistenţele mecanice ale lemnului), rezistenţa la compresiune a lemnului

tratat cu regimul 160°C/15h a fost cu 2,8% mai mare decât cea a probelor de control (netratate).

O posibilă explicaţie găsită de autori este aceea potrivit căreia în prezenţa vidului, sunt evacuate

din material cantităţi semnificative de produse de degradare termică (de exemplu, acid acetic)

ceea ce frânează distrugerea hemicelulozei.

Lemnul de pin. Zaman ş.a (2000) au tratat pin silvestru (Pinus sylvestris) la temperatura

de 200°C timp de 4 şi respectiv 8 ore. În urma acestui studiu au obţinut o pierdere de masă de

5,7% (la 4h) şi respectiv 7,0% (la 8h).

Un alt studiu, realizat de Kaymakci si Akyidiz (2011) pe epruvete de pin silvestru în

mediu inert (de azot) arată că valorile umflării şi contragerii descresc cu aproximativ 7,15% o

dată cu creşterea temperaturii (în domeniul 120-210ºC timp de 2 respectiv 6 ore).

Un studiu asemănător cu lemn de pin negru a fost realizat de Guller (2012), probele de

material (20x20x30mm) fiind supuse tratării termice la temperaturi înalte de 190, 200, 212

respectiv 225°C combinate cu trei durate de timp: 1, 2 si 3 ore după procedeul ThermoWood.

După tratare, probele au fost imersate în apă timp de 2, 4, 8, 24, 48 şi 72 de ore. În urma acestui

studiu autorii au ajuns la următoarele concluzii: stabilitatea dimensională creşte cu cca. 25% în

urma tratării la 200°C/1h; cu 28,5% prin tratarea la 200°C/2h şi cu cca. 36% prin tratarea la

200°C/3h.

Korkut ş.a. (2008) au tratat termic la presiune atmosferică pin silvestru (Pinus sylvestris)

la trei temperaturi diferite (120, 150 şi 180°C) combinate cu trei durate diferite (2, 6 şi 10h).

Rezultatele testelor au arătat că o dată cu creşterea temperaturii şi majorarea duratei, rezistenţele

mecanice (rezistenţa la compresiune, încovoiere, modulul de elasticitate la încovoiere, rezistenţa

la şoc) scad. Astfel, în urma testelor de rezistenţă la compresiune, epruvetele care au fost tratate

6

cu regimul 120°C/6h au înregistrat valori cu 5,12% mai mici decât probele de control, pe când la

cele tratate cu regimul de 180°C/6h s-a observat o scădere de 15,78% faţă de probele martor.

Asemănător cu Allegretti ş.a. (2012) la lemn de molid, Tjeerdsma ş.a. (1998) au obţinut o

creştere cu 28% a rezistenţei la compresiune paralelă cu fibrele pentru lemnul de pin silvestru

tratat prin procedeul Plato.

Kol (2010) a realizat un studiu complex asupra proprietăților fizico-mecanice ale

lemnului de pin negru (Pinus nigra Arnold.) în urma tratării termice la 190°C şi respectiv 212°C

timp de 2 ore prin procedeul Thermowood. Conform rezultatelor obținute în acest studiu

modulul de elasticitate a fost redus cu 13,1%, rezistența la încovoiere statică a fost şi ea redusă

cu 59,5% aceasta datorându-se în principal degradării hemicelulozei (Estevez ş.a. 2007a), şi în

acest caz s-a constatat creşterea rezistenţei la compresiune paralelă cu fibrele cu aproximativ

4,2% în urma tratamentului termic (42,42 N/mm2 la probele netratate comparativ cu 44,22

N/mm2 la probele tratate). Umflarea volumică şi contragerea au scăzut cu 63,9% şi respectiv

51,8%.

Esteves ş.a. (2008) au studiat efectele tratamentului termic în aer, la presiune atmosferică,

la o temperatură de 170-200°C timp de 2–24h asupra pierderii de masă, stabilității dimensionale,

modulului de elasticitate şi a rezistenței la încovoiere ale lemnului de pin. În urma acestui studiu

au ajuns la concluzia că o dată cu creşterea temperaturii şi duratei de tratare creşte şi pierderea de

masă; spre exemplu au obținut aceeaşi pierdere de masă şi anume 3% la următoarele regimuri:

170°C/17h, 180°C/9h, 190°C/5h, 200°C/3h. În ceea ce priveşte stabilitatea dimensională, au

obținut un maxim de 63 – 73% pe când reducerea modulului de elasticitate a fost nesemnificativă

la durata de 2 ore: 2% pentru 180°C, 0% pentru 190°C şi 200°C, ajungând până la 6% la 180°C,

12% pentru 190°C şi 19% pentru 200°C. Rezistența la încovoiere la probele tratate a scăzut cu 4

– 38% în cazul tratării la 2 ore la temperaturile de 180 - 200°C şi 31% (180°C), 58% (190°C,

200°C) pentru 12 ore de tratament.

Lemnul de tei. Lemnul de tei este caracterizat prin durabilitate naturală şi stabilitate

dimensională relativ scăzute. Aceşti factori restricționează esențial aplicațiile acestei specii

lemnoase. Aspectul său (natur) nu îl scoate în evidenţă: culoare bej pal, fără o textură specială.

Cu toate acestea când este expus la temperaturi ridicate, culoarea se închide şi dobândeşte un

luciu mătăsos, crescând astfel valoarea estetică a acestei specii. În literatura de specialitate există

până în prezent o singură referinţă bibliografică cu privire la efectele termotratării asupra unor

proprietăți fizico-mecanice ale lemnului de tei (Tilia cordata Mill.): Barboutis ş.a. (2011) au

tratat termic la temperaturile de 180, 200 şi 220°C dar numai timp de 15 şi 30 de minute probe

de tei. Concluzia generală a acestui studiu a fost că doar tratamentul termic cu o durată mai lungă

poate conduce la o stabilitate dimensională semnificativă. Tratamenul termic aplicat la regimul

cel mai sever în cazul referinţei amintite (220°C/30min.) a dus la o pierdere de masă de 8,7%, o

7

reducere cu 57% al coeficientului de umflare şi o scădere a rezistenței la încovoiere şi a durităţii

cu 22,9% şi respectiv 15%.

Lemnul de fag. Kaymakci şi Akiyldiz (2011) au studiat umflarea şi contragerea lemnului

de fag (Fagus orientalis Lipsky) tratat termic la temperaturile de 120, 160 şi 210°C timp de 2 şi

6 ore în mediu inert (de azot). În urma tratării, umflarea în direcție tangențială a variat de la

13,5% (la 120°C/2h) până la 12,8% (la 200°C/6h), în timp ce probele de control (netratate) au

avut o umflare în direcție tangențială de 15,1%. Contragerea în direcție tangențială a variat de la

10,76% (la 120°C/2h) până la 8,46% (la 200°C/6h), în timp ce probele de control au avut o

contragere în direcție tangențială de 11.85%.

Mitani şi Barboutis (2012) au studiat efectele termotratării la 200°C timp de 2-10 ore

asupra culorii şi higroscopicităţii lemnului de fag (Fagus sylvatica L). După imersia în apă timp

de 3 zile, absorbţia de apă în lemnul termotratat timp de 10h a fost de 42,73%, în timp ce în

lemnul tratat doar 4h, ea a fost de 44,11%, iar în lemnul netratat 52,26%. Ȋnchiderea culorii s-a

realizat în cea mai mare parte în primele 4h de termotratare, timp în care luminozitatea (L*) a

scăzut de la 68 la 33. Pierderea de masă înregistrată în urma termotratării a condus la valori

foarte mari: 12,8% la tratamentul de 2h până la 37% în cazul lemnului tratat timp de 10h.

Ferrari ş.a. (2013) au tratat termic prin procedeul TERMOVUOTO® la temperaturi de

160 - 220ºC timp de 45 de minute până la 5 ore, la diferite presiuni: 160, 210 şi 330 mbar, probe

de fag (Fagus sylvatica L.) cu dimensiunile de 32x150x1000mm. În urma acestui studiu, autorii

au obținut o pierdere de masă de 9,4% pentru regimul de 220°C/5h.

1.3. Particularităţi ale termotratării asupra proprietăţilor lemnului juvenil

Lemnul juvenil (lemnul tânăr) reprezintă zona de lemn din jurul axei trunchiului şi

ramurilor, generată de cambiul tânăr, cu caracteristici structurale şi proprietăţi fizice, chimice şi

tehnologice diferite de restul lemnului, de regulă inferioare (Beldeanu 1999). Prin contrast,

lemnul rezultat din activitatea ulterioară a cambiului este denumit lemn matur.

Lemnul subţire provenit din arbori cu diametrul de =1,1...26cm, aşa cum rezultă din

operaţiile de rărituri, conţine o mare parte de lemn juvenil fiind o resursă importantă de lemn

secundar. Comparativ cu lemnul provenit dintr-un arbore matur de aceeaşi specie, lemnul din

trunchiurile subţiri (reprezentând în principal, lemn juvenil), are o densitate mai mică, duritate

mai scăzută şi o rezistenţă mecanică redusă (Gryc ş.a. 2011, Guler ş.a. 2007, Olărescu ş.a. 2011,

Zobel şi Sprague 1998). Lemnul juvenil este, de asemenea, caracterizat de instabilitate

dimensională mai mare decât lemnul matur. Acest lucru se datorează în principal prezenţei fibrei

răsucite (Gapare ş.a. 2007, Watt ş.a. 2013), precum şi unghiului aparte de înclinare a

microfibrilelor de celuloză din pereţii celulelor de lemn juvenil (Barnett şi Bonham 2004).

8

În literatura de specialitate există puţine referiri cu privire la particularităţile lemnului

juvenil tratat termic (Bal 2014, Bal şi Bektas 2012, Guler ş.a. 2007, Severo ş.a. 2012).

Bal (2014) a tratat termic probe de pin negru (Pinus nigra Arnold), atât din lemn matur

cât şi juvenil la trei temperaturi diferite şi anume 140, 170 şi 200°C timp de trei ore. Scopul

testelor a fost de a determina modul în care tratamentul termic la diferite regimuri influenţează

comparativ proprietăţile lemnului juvenil respectiv matur. Rezultatele au arătat că tratamentul

termic a avut efecte mai mari asupra pierderii de masă şi densităţii lemnului juvenil comparativ

cu lemnul matur. De asemenea, rezultatele au arătat că tratamentul termic a redus mai puţin

rezistenţa la încovoiere statică şi modulul de elasticitate la probele provenite din lemn juvenil

decât la cele din lemn matur.

În alt studiu, Bal şi Bektaş (2012) au experimentat efectele tratamentului termic pe

lemnul de Eucalyptus grandis. Autorii au tratat termic (la presiune atmosferică în prezenţa

aerului) probe cu dimensiunile de 30x20x20mm la temperaturile de 120, 150 şi 180°C timp de 4,

6, 8h, apoi probele au fost imersate timp de patru săptămâni după care s-au determinat conţinutul

de umiditate (U), pierderea de masă (PM), umflarea volumică totală (v) şi umiditatea punctului

de saturaţie a fibrei (PSF). Rezultatele acestor teste sunt prezentate în Tabelul 1.2.

Tabelul 1.2

Valorile proprietăților testate ale lemnului juvenil vs. lemnului matur

Temperatura

[°C]

Durata

[ore]

Lemn juvenil Lemn Matur

PM αv U PSF PM αv U PSF

120

4 0,21 -0,32 7,49 1,71 0,39 0,18 1,12 -0,83

6 0,25 1,97 7,95 2,11 0,63 0,67 1,39 -0,94

8 0,28 2,76 7,22 3,54 0,85 1,05 1,62 -1,17

150

4 0,57 2,77 8,63 1,65 1,05 1,64 4,22 0,81

6 0,76 5,06 11,61 6,52 1,20 3,42 4,85 1,04

8 0,83 5,51 11,19 6,85 1,36 4,94 6,1 1,54

180

4 1,65 13,3 13,33 12,24 1,83 5,66 17,63 4,19

6 1,93 13,45 16,82 13,07 2 11,27 18,71 9,26

8 2,01 16,68 18,79 16,17 2,24 17,34 19,31 13,96

Sursa: Bal şi Bektaş (2012)

În urma acestor experimente, autorii au ajuns la concluzia că lemnul juvenil a fost mult

mai afectat de schimbările produse în urma tratării termice comparativ cu lemnul matur.

9

Severo ş.a. (2012) au efectuat un studiu având ca scop evaluarea efectului tratamentului

termic (la 200°C/4h) asupra proprietăţilor fizice şi chimice ale lemnului juvenil şi lemnului

matur de Pinus elliottii. Probele supuse testului au avut lungimea de 600mm şi grosimea de

32mm. Rezultatele au indicat faptul că tratarea termică a condus la scăderea cu 20,1% a

umidităţii de echilibru şi cu 16,1% a umflării volumice la sortimentul matur pe când lemnul

juvenil a înregistrat o scădere a umidităţii de 22,9% iar umflarea volumică de 14,8%. S-a

demonstrat astfel că, la această specie, influenţa tratamentului termic asupra lemnului juvenil a

fost mai mică decât la lemnul matur.

1.4 Concluzii

În urma analizei rezultatelor obţinute de diferiţi cercetători cu privire la efectele

termotratării asupra diferitelor proprietăţi fizico-mecanice ale lemnului de molid (Picea abies

Karst.), pin negru (Pinus nigra Arnold), tei (Tilia cordata Mill) şi fag (Fagus sylvatica L.) se pot

sintetiza următoarele concluzii:

- în cazul LEMNULUI DE MOLID, pierderea de masă „optimă” în urma tratamentului

termic se consideră PM=5%, valoare la care se consideră că se atinge un maxim de

stabilizare dimensională şi totodată mărirea rezistenţei la atacul de către ciuperci, fără ca

rezistenţele mecanice să fie afectate semnificativ (rezistența la încovoiere statică scade cu

8%, iar rigiditatea cu 3%); peste această valoare de prag s-a constatat reducerea

accentuată a rezistențelor mecanice;

- în ceea ce priveşte parametrii de tratare, termotratarea în mediu inert la 180°C/4h a dus la

o pierdere de masă de doar 1,5% şi deci o eficiență insuficientă a tratamentului, în timp

ce tratarea la 225°C/6h a condus la PM=12,5% şi deci o afectare semnificativă a

rezistențelor mecanice;

- ținând cont şi de faptul că la termotratarea în prezența oxigenului pierderea de masă este

mai mare, condițiile de tratare considerate optime a fi investigate în cadrul prezentei

cercetări în cazul lemnului de molid sunt temperaturile de 180-200-220°C cu durate

de la 1 la 4 ore;

- în cazul LEMNULUI DE PIN NEGRU, aplicarea unei temperaturi de peste 200°C chiar

şi cu o durată minimă de 2 ore a condus la scăderea accentuată a rezistenței la încovoiere

statică (cu aproape 60%) şi a modulului de elasticitate (cu 13%); conform părerii mai

multor cercetători combinațiile optime în cazul acestei specii ar fi 180°C/9h, 190°C/5h,

200°C/3-4h, condiții care conduc la pierderi de masă sub 6% şi o stabilizare

dimensională de 30-40%;

10

- în cazul LEMNULUI DE TEI, aplicarea unei temperaturi de 220°C chiar şi cu o durată

foarte mică, de numai 30 de minute, a condus la o pierdere de masă de 8,7%, o reducere a

coeficientului de umflare cu 57%, o scădere a rezistenței la încovoiere cu 22,9% şi a

durităţii cu 15%; aceasta ne arată că lemnul de tei, spre deosebire de speciile de răşinoase

analizate anterior, este mai sensibil la temperatură iar valoarea de 200°C nu ar trebui

depăşită;

- totodată, tratamentul la 180°C nu a avut efecte semnificative, ceea ce conduce spre

concluzia că pentru a realiza un tratament eficient fără a intra în zona de descompunere

accelerată, combinațiile optime în cadrul investigării termotratării lemnului de tei ar fi

temperatura de 180°C cu durate de ordinul orelor (2-4 ore) şi 200°C cu durate de 1

până la 3 ore;

- în cazul LEMNULUI DE FAG, aplicarea temperaturilor de peste 200°C a dat rezultate

bune numai la termotratarea în mediu inert; cercetările realizate în mediu de aer în

prezența oxigenului s-au limitat la temperatura de 200°C şi au condus la rezultate

promițătoare din punct de vedere al stabilizării dimensionale la durate de peste 6 ore.

Trebuie subliniat şi faptul că numărul referințelor bibliografice existente în literatura de

specialitate, pe care se bazează aceste concluzii, au fost numeroase în cazul speciilor de

răşinoase, dar foarte reduse ca număr în cazul lemnului de tei şi fag, ceea ce evidențiază

caracterul de pionierat al investigațiilor urmărite în cadrul prezentei teze de doctorat pe cele două

specii de foioase. Aceasta se aplică şi la lemnul juvenil al tuturor celor patru specii, pentru care

puținele referințe bibliografice sunt contradictorii: doar la unele specii (de exemplu, la eucalipt)

sunt raportate îmbunătăţiri vizibil mai mari la lemnul juvenil ale unor proprietăţi importante

precum higroscopicitatea şi stabilitatea dimensională; la altele (de exemplu, pin) s-a constatat,

dimpotrivă, un comportament inferior al sortimentului juvenil termotratat.

CAPITOLUL 2.

OBIECTIVELE TEZEI

Obiectivul general al prezentei cercetări l-a constituit îmbunătățirea unor proprietăți

ale panourilor din lemn masiv prin termotratarea elementelor (frizelor) constituente din lemn

masiv în vederea utilizării acestor panouri în condiții de exterior, pentru placări verticale şi

orizontale (faţade, pardoseli de verandă etc.)

Pornind de la acest obiectiv general s-a stabilit metodologia de experimentare bazată pe

două obiective specifice, după cum urmează:

11

● Realizarea unui studiu experimental privind influența a diferite regimuri de

termotratare asupra proprietăților fizice (densitatea, pierderea de masă, umflarea și efectul

de stabilizare dimensională, culoarea,) ale lemnului din patru specii (molid, pin negru, tei

și fag) și respectiv din două sortimente (trunchiuri mature și trunchiuri subțiri),

comparativ cu lemnul netratat;

● Realizarea unor panouri reconstituite din lamele termotratate și testarea principalelor

proprietăți ale acestora (stabilitatea dimensională, planeitatea, stabilitatea culorii,

conductivitatea termică şi respectiv rezistenţa încleierii), care le califică pentru utilizarea

ca fațade și pardoseli de exterior.

Pentru atingerea obiectivelor propuse a fost necesară o abordare interdisciplinară, prin

apelarea la cunoștințe din domenii precum: anatomia lemnului, fizica și mecanica lemnului,

uscarea și tratarea termică a lemnului, dar și din domenii conexe precum: prelucrarea statistică a

datelor experimentale, termotehnică, spectrofotometrie.

Primul obiectiv specific a vizat o cercetare fundamentală laborioasă, menită să aducă noi

contribuții în sfera cunoștințelor despre proprietățile fizico-mecanice ale diferitelor specii

indigene studiate și mai ales asupra lemnului provenit din trunchiuri subțiri. Principala finalitate

urmărită a fost stabilirea regimului optim de termotratare (combinația temperatură/timp) pentru

fiecare dintre speciile și sortimentele analizate astfel încât să se obțină efectul maxim posibil de

stabilizare dimensională în condițiile limitării pierderii de masă la valoarea de 5%. Aceasta

asigură un maxim de rezistență la atac biologic, proprietate esențială pentru utilizarea în condiții

de exterior a lemnului astfel tratat. Criteriul de optimizare nu a luat în considerare și rezistențele

mecanice ale lemnului având în vedere că destinația produselor finale (panouri pentru fațade și

pardoseli de exterior) nu impune cerințe deosebite în acest sens. În urma rezultatelor obținute s-

au selectat pentru continuarea cercetărilor acele specii și sortimente care au dovedit cel mai bun

potențial (stabilizare dimensională evidentă) de a fi valorificate sub formă de panouri

reconstituite din lemn masiv.

Şi al doilea obiectiv specific a implicat o cercetare laborioasă, de data aceasta cu rol

aplicativ, având ca finalitate principală un produs din lemn, însoțit de o fișă de caracteristici

tehnice clare, care să-i poată trasa drumul spre utilizarea finală. Utilizarea unor frize termotratate

pentru fabricarea panourilor reconstituite nu constituie chiar o premieră, dar este un demers

avangardist, având în vedere că acest produs pentru utilizări de exterior nu este comercializat

încă. Noutatea absolută pe care o oferă prezenta cercetare se referă la panourile realizate din

lemn juvenil (trunchiuri subţiri provenite din rărituri), în vederea promovării acestor resurse

lemnoase secundare la nivelul unor produse valoroase (panouri din lemn pentru utilizări de

exterior).

12

Ținând cont de obiectivele propuse, s-a elaborat metodologia de cercetare, sintetizată

schematic în Fig. 2.1.

13

CAPITOLUL 3.

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND AMELIORAREA PRIN

TERMOTRATARE A UNOR PROPRIETĂŢI ALE LEMNULUI DE

MOLID, PIN NEGRU, TEI ŞI FAG

3.1. Obiectivul cercetării

Obiectivul acestei cercetări îl constituie evaluarea efectelor tratamentului de modificare

termică în mediu de aer la presiune atmosferică asupra unor proprietăţi fizice (pierderea de masă,

stabilitatea dimensională şi culoarea) ale lemnului matur şi subţire de diferite specii indigene

(molid, pin negru, tei şi fag), sub influenţa a diferiţi parametri de tratare (temperatură şi durată),

comparativ cu lemnul netratat. Rezultatele acestei cercetări sunt menite să conducă la stabilirea

regimurilor optime de termotratare pentru fiecare sortiment în parte, respectiv a acelor regimuri

care permit obţinerea stabilităţii dimensionale maxime la o pierdere de masă de maxim 5%.

3.2. Metodica cercetării

3.2.1. Material

Materialul lemnos utilizat în cadrul prezentei cercetări a constat în scânduri fără defecte

debitate atât din trunchiuri mature ( = 30 ... 32cm) cât şi din trunchiuri subţiri ( = 15 ... 16

cm) de: molid (Picea abies Karst.), pin negru (Pinus nigra Arnold), tei (Tilia cordata Mill.) şi

fag (Fagus sylvatica L.) proveniţi din acelaşi areal: U.P.II Stroeşti – Argeş (45° 8' 0" Nord, 24°

47' 0" Est).

Din cele 5 trunchiuri mature şi 6 trunchiuri subţiri selectate din fiecare specie s-au

debitat mai întâi scânduri cu dimensiunile de 620x85x30mm, care au fost uscate natural şi

condiţionate timp de 2 săptămâni la 20°C/65% pentru a atinge umiditatea de 12%, necesară

determinării proprietăţilor fizice. Ulterior, din acestea s-au debitat epruvete cu dimensiunile

specifice proprietăţilor testate (Tabelul 3.1).

Imediat după debitare, epruvetele au fost notate ţinând cont de:

- specie: molid (M), pin negru (P), tei (T), fag (F)

- sortiment: lemn matur (M), lemn subţire (S)

- temperatura de tratare (180, 200ºC)

- durata de tratare (1, 2, 3, 4, 6 ore)

- număr epruvetă (1...10)

- pentru probele martor (netratate) s-a folosit notaţia N în faţa codului de specie.

14

Tabelul 3.1

Planificarea testelor experimentale

Proprietatea

testată

Unitatea de

măsură

Dimensiuni

epruvete [mm]

Numărul de

epruvete

Norma după care s-a

desfăşurat testul

Pierderea de masă %

30x20x20

10 Conform literaturii de

specialitate

Densitatea şi

umflarea totală % 10

EN 323

STAS 85/1-91 echivalent cu

ISO 4859:1982

ISO 4860:1982

Culoarea L*a*b 0,5x20x20 10 Conform literaturii de

specialitate

3.2.2. Aparatură

Cercetarea experimentală a presupus operaţii de debitare a epruvetelor, uscarea la stare

anhidră a acestora urmată de termotratare, cântărirea şi măsurarea umidităţii şi dimensiunilor

epruvetelor în anumite etape ale desfăşurării testelor. Pentru acestea s-au folosit următoarele

piese de echipament:

Etuva electrică cu termostat produsă de firma BINDER (Germania), pentru

uscarea probelor la stare anhidră, dar şi pentru tratarea termică propriu-zisă.

Umidometru capacitiv tip PM1-E de la firma MERLIN (Austria). Acesta este un

aparat portabil, digital, care permite determinarea precisă şi nedistructivă a umidităţii la lemn.

Balanţă electronică tip KERN (Germania), cu precizie de 0,001g pentru

determinarea masei epruvetelor în stare anhidră înainte şi după tratare.

Şubler electronic cu precizie de 0,01mm pentru determinarea dimensiunilor

epruvetelor.

Maşină de rindeluit la grosime Festool pentru rindeluirea scândurilor faţă-cant.

Fierăstrău circular Festool (Fig. 3.6) pentru debitarea epruvetelor.

Camera climatică tip KPK200 produsă de firma FEUTRON (Germania) Pentru

condiționarea epruvetelor la parametri riguros constanți.

Scaner Mustek 1248UB cu o rezoluţie de 600x1200dpi la o rezoluţie de 300dpi –

utilizat pentru scanarea probelor în vederea evaluării culorii.

3.2.3. Metodă

Determinarea densităţii materialului lemnos. În vederea unei termotratări eficiente,

fără defecte, lemnul trebuie sǎ ajungă la stare anhidrǎ înainte de a fi supus tratării termice

propriu-zise (ThermoWood Handbook 2003). De aceea, în cadrul prezentei cercetări epruvetele

15

au fost mai întâi uscate până la stare anhidră la temperatura de 103ºC în etuva electrică Binder.

În această stare s-au determinat masa şi cele trei dimensiuni ale fiecărei epruvete. Pe baza

ecuaţiei (3.1) s-a calculat densitatea la stare anhidră (0) a fiecărei epruvete, iar ulterior s-a

calculat media pe fiecare specie şi sortiment

1000

00

V

m [kg/m

3] (3.1)

în care: m0 reprezintă masa epruvetei la stare anhidră, în g;

V0 – volumul epruvetei la stare anhidră, în m3.

Termotratarea. Pe baza informaţiilor furnizate de literatura de specialitate şi sintetizate

la sfârşitul capitolului 1, precum şi a experienţei acumulate în cadrul unor cercetări preliminare,

s-au adoptat următoarele regimuri de tratare:

- pentru molid, pin şi tei: 180ºC/1h; 180ºC/2h; 180ºC/3h; 180°C/4h; 200ºC/1h;

200ºC/2h; 200ºC/3h şi 200°C/4h;

- pentru fag: 180ºC/2h; 180ºC/3h; 180ºC/4h; 180°C/6h; 200ºC/2h; 200ºC/3h; 200ºC/4h şi

200°C/6h.

Intenţia iniţială a fost de a experimenta şi temperatura de 220°C, dar pentru că epruvetele

de molid s-au aprins după cca. 40’, experimentele la această temperatură au fost stopate.

Fiecare set de epruvete a fost tratat termic în aceeaşi etuvă Binder, în mediu de aer, la

presiune atmosferică, prin ridicarea temperaturii la 180ºC, respectiv la 200ºC şi menţinerea ei la

valoare constantă, conform regimului (timp de 1h, 2h, 3h, 4h şi respectiv 6h). După expirarea

timpului de tratare, epruvetele au fost scoase din etuvă, introduse în exsicator, iar după răcire au

fost măsurate din nou dimensiunile şi masa.

Determinarea pierderii de masă. Pierderea de masă (PM) este una dintre cele mai

influente şi importante proprietăţi fizice ale lemnului termotratat. Este binecunoscut faptul că

tratarea termică conduce la pierdere de masă şi implicit la scăderea rezistenţelor mecanice. Cu

cât regimul de termotratare este mai dur (temperatura mai ridicată, durata de tratare propriu-zisă

mai îndelungată), cu atât pierderea de masă este mai mare.

Pe baza datelor experimentale privind masa epruvetelor înainte şi după tratare (ambele

mase fiind determinate la stare anhidră), s-a determinat pierderea de masă conform relaţiei (3.2):

100

i

fi

m

mmPM [%] (3.2)

în care:

mi - este masa epruvetei înainte de tratare, în g;

mf - masa aceleiaşi epruvete după tratare, în g.

16

Determinarea coeficienţilor de umflare totală. Atunci când este expus contactului

direct cu apa, lemnul îşi modifică semnificativ dimensiunile. Evaluarea amploarei acestui

fenomen este obligatorie atunci când se are în vedere realizarea unui produs finit care să fie

utilizat în condiţii de exterior, expus contactului direct cu precipitaţiile. Această evaluare se face

prin intermediul coeficienţilor de umflare.

Pentru determinarea acestora, atât epruvetele tratate cât şi cele netratate destinate acestui

test au fost imersate în apă distilată, pentru umflare, până la atingerea punctului de saturaţie al

fibrei (până la stabilizarea dimensiunii pe direcţia tangenţială).

În această stare, conform STAS 85/1-91, s-au măsurat din nou dimensiunile epruvetelor

pe toate cele trei direcţii de orientare structurală, în vederea calculării coeficienţilor de umflare

totală în direcţie radială (r max), tangenţială (t max) şi a celui volumic (v max), conform ecuaţiilor

(3.2)-(3.4) de mai jos.

100min

minmax

max

r

rr

rl

ll [%] (3.3)

100min

minmax

max

t

tt

tl

ll [%] (3.4)

100minminmin

minminminmaxmaxmax

max

atr

atratr

vlll

llllll [%] (3.5)

în care:

minrl , mintl , minal sunt dimensiunile epruvetei în stare absolut uscată, în direcţie radială,

tangenţială şi respectiv în lungul fibrelor, în mm;

maxrl , maxtl , maxal - dimensiunile epruvetelor la umiditatea de saturaţie a fibrei, în direcţia radială,

tangenţială şi respectiv în lungul fibrelor, în mm.

Calculul coeficientului de stabilitate dimensională. Pe baza valorilor obţinute ale

coeficienţilor liniari şi volumici de umflare () s-au calculat apoi pentru fiecare specie, sortiment

şi regim coeficienţii liniari şi volumici de stabilizare dimensională la umflare (ASE) (abreviere a

termenului din limba engleză: Anti-Swelling Efficiency) conform ecuaţiei (3.6):

100_

__

netratatlemn

tratatlemnnetratatlemnASE

[%] (3.6)

17

Acest parametru arată cu cât umflarea pe o direcţie sau în întregul volum al lemnului

tratat a fost mai mică faţă de cea a lemnului netratat şi exprimă astfel efectul de stabilizare

dimensională al tratamentului termic.

Testul de culoare. Având în vedere că termotratarea conduce la închiderea semnificativă

a culorii, acest test a urmărit pe de-o parte stabilirea gradului de închidere a culorii în urma

temotratării cu diferiţi parametri de regim, şi pe de altă parte evaluarea capacităţii lemnului tratat

de a menţine această nuanţă închisă atunci când este expus la lumină.

Pentru aceasta, din probele destinate acestui test (atât din cele tratate termic şi răcite, cât

şi din cele netratate, de control) au fost debitate epruvete cu dimensiunile 20x20x0,5mm.

Acestea au fost tăiate din partea de mijloc (de la jumătatea lungimii) a fiecărei probe. Ele au fost

scanate imediat după debitare.

În continuare, jumătatea inferioară a suprafeţei fiecărei probe a fost acoperită cu bandă

adezivă iar probele au fost expuse pe partea interioară a unei ferestre bine luminată. Probele au

fost scanate din nou la intervale regulate de timp (1, 2, 3 ... 6 luni), pentru a evalua modificarea

culorii pe partea neacoperită.

Pentru evaluarea calitativă a culorii s-au folosit coordonatele spaţiului de culoare

tridimensional L*, a*, b*, obţinute cu ajutorul programului Corel PHOTO-PAINT 11 pentru

fiecare mostră de culoare:

● L* reprezintă luminozitatea care poate varia între 0-negru şi 100-alb; acest lucru înseamnă că o

valoare mare a coordonatei L* caracterizează o culoare deschisă iar scăderea lui L* înseamnă

închiderea culorii;

● a* reprezintă scala de roşu-verde;

● b* reprezintă scala de galben-albastru.

Prin compararea valorilor L* a* b* obţinute pe aceeaşi probă la diferite momente de

timp, se pot trage concluzii privind influenţa timpului de expunere la lumină asupra intensităţii

culorii, respectiv asupra tendinţei de decolorare.

Variaţia luminozităţii (L*) (ecuaţia 3.7) este cel mai expresiv indicator al modifcărilor

pe care le suferă culoarea lemnului termotratat în timp, deoarece celelalte două coordonate se

schimbă doar foarte puţin (a* şi b* sunt neglijabile).

**

exp

*

initialus LLL (3.7)

Prin compararea valorilor ΔL* obţinute pe epruvete tratate cu diferite regimuri se pot

trage concluzii referitoare la influenţa parametrilor de tratare termică asupra stabilităţii culorii,

iar prin compararea valorilor ΔL* obţinute pe aceeaşi epruvetă, dar la intervale de timp, se pot

trage concluzii referitoare la stabilitatea culorii lemnului termotratat sub înfluenţa radiaţiei UV.

18

3.3. Rezultate experimentale şi discuţii

3.3.1 Densitatea materialului lemnos înainte de termotratare

Valorile medii ale densităţii în stare anhidră a materialului lemnos înainte de termotratare

sunt prezentate în Tabelul 3.2.

Tabelul 3.2

Densitatea în stare anhidră a materialului lemnos înainte de termotratare

Molid

matur

Molid

subţire

Pin

matur

Pin

subţire

Tei matur Tei

subţire

Fag

matur

Fag

subţire

37614,1 37110,0 54721,1 54423,6 45818,2 42817,8 6887,4 68413,6

Valorile se încadrează în intervalele date în literatura de specialitate (Wagenführ 2008).

Se observă, aşa cum era de aşteptat, că valorile sunt puţin mai mici în cazul lemnului subţire,

având în vedere că acesta conţine o mare parte de lemn juvenil, care este mai poros.

3.3.2 Pierderea de masă

În Tabelele 3.3-3.6 sunt prezentate rezultatele privind pierderea de masă suferită de cele

opt tipuri de lemn ca urmare a tratamentului termic la diferite temperaturi şi diferiţi timpi de

expunere.

Valorile obținute pentru lemnul matur au fost în conformitate cu cele obținute de alți

cercetători, folosind aceleași specii, în condiții similare (Bekhta și Niemz 2003 - molid, Guller

2012 - pin; Barboutis et al 2011 – tei).

Tabelul 3.3

Pierderea de masă în urma tratării termice a epruvetelor de molid

Temperatura

(ºC)

Timp

(h)

Pierderea de masă

(%)

Molid matur Molid subţire

x s x s

180 1 0,822 0,227 0,932 0,099

2 1,437 0,212 1,434 0,132

3 1,856 0,245 1,630 0,180

4 2,184 0,439 1,699 0,129

200 1 2,006 0,142 1,856 0,253

2 3,066 0,487 2,939 0,194

3 4,519 0,352 4,210 0,396

4 5,778 0,495 4,500 0,284

19

Tabelul 3.4

Pierderea de masă în urma tratării termice a epruvetelor de pin negru

Temperatura

(ºC)

Timp

(h)

Pierderea de masă

(%)

Pin matur Pin subţire

x s x s

180 1 1,024 0,169 0,963 0,154

2 1,454 0,191 1,453 0,173

3 1,954 0,258 1,839 0,286

4 2,319 0,457 1,976 0,298

200 1 2,097 0,223 2,137 0,267

2 3,790 0,701 3,240 0,400

3 4,923 0,140 4,212 0,307

4 5,815 0,683 5,506 0,690

Tabelul 3.5

Pierderea de masă în urma tratării termice a epruvetelor de tei

Temperatura

(ºC)

Timp

(h)

Pierderea de masă

(%)

Tei matur Tei subţire

x s x s

180 1 1,117 0,617 1,342 0,223

2 1,365 0,125 1,752 0,133

3 1,823 0,106 2,131 0,169

4 1,977 0,095 2,371 0,282

200 1 3,109 0,684 4,274 1,104

2 3,644 0,335 4,960 0,382

3 4,515 0,729 6,755 0,387

4 7,967 0,088 9,308 0,662

Tabelul 3.6

Pierderea de masă în urma tratării termice a epruvetelor de fag

Temperatura

(ºC)

Timp

(h)

Pierderea de masă

(%)

Fag matur Fag subţire

x s x s

180 2 0,874 0,095 1,100 0,070

3 1,194 0,125 1,365 0,103

4 1,374 0,095 1,563 0,098

6 1,626 0,125 1,967 0,137

200 2 3,201 0,239 4,035 0,536

3 5,051 0,564 5,385 0,629

4 6,782 0,555 8,592 2,989

6 9,809 1,799 9,905 0,846

Pierderile de masă obținute pentru speciile de rășinoase (molid şi pin negru) au fost mai

mici decât pentru speciile de foioase (fag şi tei). Comportamentul diferit al celor două categorii

20

de specii în timpul tratamentul termic se datorează în principal compoziției chimice diferite:

cantitatea de hemiceluloze din speciile de foioase este mai mare şi mai instabilă decât la

răşinoase, de asemenea degradarea se produce mai uşor la speciile foioase decât la speciile de

răşinoase (Kamden 2002). Această afirmație este susținută şi de către Ferrari ș.a. (2013), care au

obținut pierderi de masă de 5,8-7,3% pentru speciile de rășinoase și 9,5-15% pentru speciile de

foioase, în aceleași condiții de tratament termic (220°C/3h/210mbar), folosind tehnologia

Thermovuoto.

Referitor la diferenţele dintre lemnul matur şi lemnul subţire s-a constatat că pierderile de

masă înregistrate de sortimentul subţire au fost mai mici în cazul celor două specii de răşinoase

şi, în general, mai mari în cazul celor două specii de foioase.

Şi de această dată, explicația este dată de compoziția chimică diferită: lemnul juvenil din

compoziţia speciilor de foioase conține o cantitate mai mare de hemiceluloze, ceea ce conduce la

o degradare mai uşoară decât în cazul lemnul matur. Această afirmație este susținută de Nazerian

ş.a. (2011), care au testat compoziția chimică a furnirelor tratate termic (la 180°C) comparativ cu

furnirele netratate, originare din cele trei specii de foioase atât sortiment matur cât și juvenil: fag

(Fagus orientalis), arțar (Acer Insigne) și plop (Populus nigra). Autorii au raportat o scădere mai

mare a glucozei, xilozei, manozei, galactozei și arabinozei în cantitatea furnirelor din lemn

juvenil în comparație cu cele care provin din lemnul matur, ceea ce a condus la o umflare cu

până la 50% mai mică a furnirelor din lemn juvenil decât a celor din lemn matur. Un

comportament opus în ceea ce privește raportul lemn matur vs. lemn juvenil pentru lemnul de

răşinoase a fost raportat de Guler ș.a. (2007) pentru lemnul de pin negru (Pinus nigra). În acest

caz, autorii au stabilit că umflarea și contragerea lemnului juvenil sunt mai mici. Folosind lemn

din aceeași specie, dar tratat termic, Bal (2014) a stabilit că tratamentul termic la 140°C, 170°C,

şi 200°C timp de 3 ore a avut un impact mai mare asupra proprietăților mecanice ale lemnului

matur de pin negru decât pe lemnul juvenil.

Toate aceste rezultate sunt în concordanță cu rezultatele obținute în cadrul studiului de

față (Tabelele 3.3 – 3.6), și anume: la speciile de răşinoase, pierderea de masă este mai mică la

probele provenite din sortimentul subţire în timp ce la speciile de foioase situaţia se prezintă

invers, respectiv pierderea de masă este mai mare la sortimentul subţire comparativ cu cel matur.

În ceea ce privește temperatura (Fig. 3.1), trebuie remarcat faptul că toate valorile

pierderii de masă înregistrate la 180°C au fost sub 2,5%, ceea ce sugerează eficiența scăzută a

tratamentului termic la această temperatură pentru toate cele opt sortiment lemnoase.

21

.

Fig. 3.1 Efectul temperaturii tratamentului termic cu durată de 4h asupra pierderii de masă:

MM=molid matur; MS=molid subţire; PM=pin matur; PS= pin subțire; TM=tei matur; TS=tei subți

Valorile obținute la 200°C au fost semnificativ mai mari, atât în cazul sortimentului

matur, cât şi la cel subţire, ajungând până la 5,8% (MM, PM); 4,5% (MS); 5,5% (PS); 8% (TM);

9,3% (TS); 6,8% (FM) și 8,6% (FS) după 4h de tratare.

Ecuațiile de regresie obținute pentru toate speciile, atât lemn matur cât şi lemn subţire, în

ceea ce privește corelația dintre pierderea de masă și durata tratamentului sunt funcții liniare de

tipul: PM = a timp + b (Fig. 3.2) cu coeficienți de determinare (R2) variind între 0,83 și 0,99.

a. Molid matur b. Molid subţire

c. Pin matur d. Pin subţire

22

e. Tei matur f. Tei subţire

g. Fag matur h. Fag subţire

Fig. 3.2 Pierderea de masă vs. durata tratamentului termic la t = 200°C pentru diferite

specii şi sortimente lemnoase

Considerând PM = 5% valoarea care marchează pragul eficienţei maxime a

tratamentului termic de stabilizare dimensională a lemnului fără ca rezistenţele mecanice să fie

afectate semnificativ (Viitaniemi ş.a. 1997), rezultatele obţinute în cadrul prezentei cercetări au

condus la stabilirea următoarelor regimuri de termotratare ca fiind optime pentru fiecare

specie/sortiment (Tabelul 3.7). Toate cele opt sortimente se tratează optim la temperatura de

200°C (pierderile în masă la 180°C au fost toate sub 2,3%, ceea ce indică un tratament

insuficient), doar duratele diferă în funcţie de specie şi sortiment.

Tabelul 3.7

Regimul optim de termotratare (pentru a obţine PM = 5%)

pentru fiecare specie/sortiment, stabilit pe epruvete cu grosime de 20mm, şi lungime 30mm

Molid

matur

Molid

subţire

Pin negru

matur

Pin negru

subţire

Tei

matur

Tei

subţire

Fag

matur

Fag

subţire

200 ºC

3,5 h

200 ºC

5 h

200 ºC

3 h

200 ºC

3,7 h

200 ºC

3,2 h

200 ºC

2 h

200 ºC

3 h

200 ºC

2,7 h

3.3.3. Coeficienţii de umflare

Umflarea volumică la probele de MOLID a fost redusă cu până la 27% pentru

sortimentul matur și cu până la 13% pentru sortimentul subţire la 180°C; cu până la 47% pentru

sortimentul matur și până la 39% pentru sortimentul subţire la 200°C, odată cu creşterea duratei

de tratare de la 1h până la 4h. Umflarea minimă a fost înregistrată la 200°C/4h, când s-au

23

înregistrat: r = 2,1%, t = 4,3% şi v = 7,4% pentru sortimentul subţire, şi respectiv: r = 1,9%,

t = 5,5% şi v = 7,6% pentru sortimentul matur. La ambele sortimente, umflarea a fost redusă

practic la jumătate, prin aceste condiții de tratament termic.

Umflarea volumică la probele de PIN a fost redusă cu până la 36% pentru sortimentul

matur și cu până la 26% pentru sortimentul subţire la 180°C; cu până la 21% pentru sortimentul

matur și până la 22% pentru sortimentul subţire la 200°C, odată cu creşterea duratei de tratare de

la 1h până la 4h. Reducerea procentuală a fost astfel mai mică decât la probele de molid, ceea ce

dezvăluie o eficiență mai scăzută a tratamentului termic în cazul lemnului de pin.

Umflarea volumică la probele de TEI a fost redusă cu 51% la 180°C și cu 74% la 200°C

pentru sortimentul subţire, în condiţiile creșterii timpului de tratare de la 1h până la 4h. La

lemnul de tei au fost obţinute cele mai mari reduceri ale umflării dintre cele patru specii

lemnoase testate. Pentru sortimentul matur, reducerea a fost mai puțin spectaculoasă (maxim

25%), dar în cazul sortimentului subţire, umflarea s-a redus la o treime faţă de lemnul netratat.

Ca şi în cazul celorlalte specii, tratamentul termic la 180°C a redus nesemnificativ

umflarea volumică a probelor de FAG (cu 8% pentru sortimentul matur şi cu 11% pentru

sortimentul subţire). La temperatura de 200°C însă, umflarea volumică a fost redusă cu până la

40% (pentru lemnul matur) și cu până la 23% (pentru lemnul cu subţire) odată cu creşterea

duratei de tratare de la 2h la 6h. Valorile minime ale umflării au fost înregistrate la 200°C/6h,

respectiv: r = 3,0%, t=7,1% şi v = 10,6% pentru sortimentul subţire. Trebuie însă subliniat

faptul că, în aceste condiţii de regim, pierderea de masă a depăşit valoarea de 5%. De aceea,

compararea efectului de stabilizare dimensională între specii şi sortimente (Fig. 3.3) s-a realizat

luând în considerare valorile coeficienţilor de umflare obţinuţi în condiţiile regimurilor optime

indicate în Tabelul 3.7.

Fig. 3.3 Valorile coeficienților de umflare volumică la regimul optim pentru fiecare din cele 4 specii și

4 sortimente lemnoase termotratate comparativ cu lemnul netratat

24

Dependența dintre umflarea volumică (v) și pierderea de masă (PM) a probelor tratate

termic este ilustrată în Fig. 3.4. Pentru toate cele opt sortimente de lemn luate în considerare,

graficele arată o scădere liniară a umflării volumice o dată cu creşterea pierderii de masă,

coeficienții de determinare (R2) variind între 0,56 și 0,78, cu valori mai mari la sortimentele

subţiri de molid şi tei (specii omogene) și cu valori mai mici pentru probele de pin şi fag matur

(specii cu tensiuni interne mari). Cea mai mare variabilitate (R2 = 0,37) a fost înregistrată la

probele din sortimentul subţire de pin negru și trebuie atribuită faptului că aceste probe au fost

singurele care conțineau 50% inimă.

a. Molid matur b. Molid subţire

c. Pin matur d. Pin subţire

e. Tei matur f. Tei subţire

g. Fag matur h. Fag subţire

Fig. 3.4 Umflarea volumică vs. pierderea de masă în urma termotratării

25

3.3.4. Stabilitatea dimensională

Valorile ASE calculate cu ajutorul ecuației (3.6) în direcție radială, tangențială și

volumică sunt prezentate în Tabelele 3.8 - 3.11. La toate speciile, valorile coeficientului de

stabilitate dimensională au crescut odată cu severitatea condițiilor de tratament termic

(temperatură mai mare, timp mai îndelungat).

Cele mai mari valori ASE ale lemnului de MOLID au fost obținute la regimul de

200°C/4h atât pentru sortimentul matur cât și pentru cel subțire. Ȋn direcţie radială, coeficientul

ASE este puţin mai mare decât în direcţie tangențială pentru lemnul de molid matur, în timp ce la

sortimentul subțire cele două valori sunt foarte apropiate (51%). Stabilizarea volumică a fost de

46% pentru ambele sortimente lemnoase.

Tabelul 3.8

Valorile coeficienților de stabilitate dimensională la MOLID,

lemn matur vs. lemn subțire

Regim de

tratare

Lemn matur Lemn subțire

ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

180°C/1h 6,5 7,3 6,4 18,2 4,7 12,4

180°C/2h 5,4 12,2 7,1 20,5 9,3 14,6

180°C/3h 18,5 24,4 19,9 21,6 18,6 20,4

180°C/4h 25,0 29,3 26,2 26,1 20,9 22,6

200°C/1h 19,6 22,0 20,6 21,6 30,2 24,8

200°C/2h 29,3 34,1 31,2 30,7 30,2 30,7

200°C/3h 30,4 36,6 32,6 40,9 41,9 42,3

200°C/4h 40,2 53,7 46,1 51,1 51,2 46,0

Cu o valoare maximă de 38% pentru lemnul matur și respectiv 40% pentru lemnul

subțire, valorile ASEv ale lemnului de PIN NEGRU sunt semnifivativ mai mici decât în cazul

lemnului de molid, confirmând, astfel, un fapt deja anunțat de valorile pierderilor de masă:

termotratarea este mult mai puțin eficientă în cazul acestei specii.

Tabelul 3.9

Valorile coeficienților de stabilitate dimensională la PIN NEGRU,


Regim de

tratare


ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

180°C/1h 6,1 3,4 4,8 7,3 4,8 5,1

180°C/2h 13,1 10,3 10,8 15,9 19,0 14,7

180°C/3h 25,3 27,6 24,7 17,1 20,6 18,6

180°C/4h 34,3 29,3 30,1 20,7 31,7 25,0

200°C/1h 23,2 25,9 24,7 26,8 25,4 26,3

200°C/2h 33,3 39,7 35,5 30,5 31,7 30,1

200°C/3h 36,4 39,7 38,0 36,6 31,7 35,9

200°C/4h 37,4 39,7 38,0 37,8 41,3 39,7

26

Conform rezultatelor foarte bune obținute cu privire la reducerea coeficienților de

umflare, la sortimentul subțire de TEI s-au înregistrat valori spectaculoase ale stabilizării

dimensionale la regimul de 200°C/4h: ASEr = 66,3%, ASEt = 65,6%, ASEv=59,3%. Trebuie

totuşi subliniat faptul că aceste valori au fost înregistrate la pierderi de masă de peste 5%. Pentru

a avea o comparație echitabilă cu celelalte specii, trebuie să luăm în considerare valorile ASE

obținute la 200°C/3,2h pentru sortimentul matur și 200°C/2h pentru sortimentul subțire,

respectiv, la acele tratamente care conduc la PM=5% (vezi Tabelul 3.7). În această situație, ASEv

este de 47% (pentru teiul matur) – foarte apropiat de valoarea ASEv obținută la lemnul de molid,

și 52,3% (pentru teiul subțire) – care este cea mai mare valoare dintre toate situațiile analizate.

Tabelul 3.10

Valorile coeficienților de stabilitate dimensională la TEI,


Regim de

tratare


ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

180°C/1h 10,1 14 12,7 16,3 11,5 8,1

180°C/2h 15,9 18,6 16,1 25,0 13,1 13,4

180°C/3h 17,4 30,2 22,9 33,7 18,0 19,2

180°C/4h 17,4 32,6 16,9 36,4 19,7 26,7

200°C/1h 39,1 20,9 33,1 56,7 44,3 45,3

200°C/2h 47,8 30,2 42,4 57,7 47,5 52,3

200°C/3h 52,2 30,2 44,1 59,6 57,4 53,3

200°C/4h 65,2 41,9 55,9 66,3 65,6 59,3

Atât la sortimentul matur cât și la cel subțire de FAG s-a înregistrat o reducere accentuată

a coeficientului de umflare în urma tratamentului termic la 200°C/6h. Prin urmare, valorile ASE

au fost cu 50% mai mari.

Tabelul 3.11

Valorile coeficienților de stabilitate dimensională la FAG,


Regim de

tratare


ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

ASEt

[%]

ASEr

[%]

ASEv

[%]

180°C/1h 8,9 8,2 8,3 11,5 5,4 8,8

180°C/2h 9,3 11,0 17,0 13,7 14,9 9,3

180°C/3h 9,7 20,5 13,1 15,1 14,9 10,7

180°C/4h 10,5 27,4 15,5 16,5 16,2 17,7

200°C/1h 36,3 52,1 42,2 41,0 43,2 42,0

200°C/2h 42,7 52,7 48,5 41,7 45,9 44,2

200°C/3h 53,2 54,8 52,4 43,9 58,8 50,0

200°C/4h 57,3 61,6 58,7 48,9 59,5 53,1

27

Cu toate acestea, la fel ca și în cazul lemnului de tei, acest regim aplicat duce la pierderi

de masă mai mari de 5% iar scopul de a se raporta la o valoare comună de PM=5%, condițiile

care ar trebui luate în considerare ar fi: 200°C/3h pentru lemnul matur și 200°C/2,7h pentru

lemnul subțire. În această situație, coeficientul de stabilitate dimensională volumic este 48,5%

(pentru fag matur) și 43,5% (pentru fag subțire).

Stabilitatea dimensională vs. Pierderea de masă

Funcțiile de dependență dintre coeficienții de stabilitate dimensională volumică (ASEv) și

pierderea de masă (PM) sunt ilustrate în Fig. 3.6 şi 3.7.

a. Molid matur b. Pin negru matur

c. Tei matur d. Fag matur

Fig. 3.6 Stabilitatea dimensională volumică vs. pierderea de masă pentru sortimentul

MATUR de: a - molid; b - pin negru; c - tei; d - fag

a. Molid subțire b. Pin negru subțire

28

c. Tei subțire d. Fag subțire

Fig. 3.7 Stabilitatea dimensională volumică vs. pierderea de masă pentru sortimentul

SUBȚIRE de: a - molid; b - pin negru; c - tei; d - fag

Analiza de regresie arată că funcţia de dependenţă ASEv = f(PM) este o funcţie liniară,

pozitivă (creșterea pierderii de masă conduce la creșterea stabilității dimensionale) atât pentru

sortimentul matur, cât şi pentru cel subţire. Coeficienții de determinare au înregistrat valori peste

0,7 (R2=0,74-0,88 pentru lemnul matur şi R

2=0,84-0,97 pentru lemnul subțire).

3.3.5. Culoarea lemnului termotratat şi stabilitatea acesteia în urma expunerii la radiaţie

solară sub sticlă

Fig. 3.9 prezintă evoluția culorii probelor în urma termotratării la diferite regimuri

(temperatură/durată) comparativ cu probele de control (netratate). Sub fiecare mostră de culoare

sunt indicate coordonatele L*a*b* de culoare aferente, precum şi pierderea de masă asociată

regimului respectiv de termotratare. Astfel, utilizatorul poate evalua rapid (comparând cu

valoarea de prag PM=5%) gradul de duritate necesar al regimului de termotratare pentru

obţinerea unei anumite nuanţe.

Molid Matur

Control 180°C/1h 180°C/2h 180°C/3h 200°C/1h 200°C/2h 200°C/3h

71*10*16 63*11*18 58*11*18 55*13*20 40*13*17 31*13*15 33*13*15

PM= 0,8% 1,4% 1,9% 2,0% 3,1% 4,5%

Molid Subțire


73*9*15 64*12*20 63*12*20 56*12*20 48*14*20 37*14*18 22*13*14

PM= 0,9 % 1,4% 1,6% 1,9% 2,9% 4,2%

29

Pin negru Matur


71*11*16 63*11*18 58*11*18 55*13*20 40*13*17 31*13*15 33*13*15

PM= 1,0% 1,5% 2,0% 2,1% 3,8% 4,9%

Pin negru Subțire


70*10*17 66*10*19 51*13*20 48*13*19 44*11*17 34*13*16 26*13*14

PM= 1,0% 1,5% 1,8% 2,1% 3,2% 4,2%

Tei Matur


46*14*18 38*12*13 34*11*13 35*9*11 31*11*12 24*12*11 20*11*11

PM= 1,1% 1,4% 1,8% 3,1% 3,6% 4,5%

Tei Subțire


71*10*14 54*12*16 47*12*16 46*13*17 25*13*13 23*13*14 20*11*11

PM= 1,3% 1,8% 2,1% 4,3% 5,0% 6,8%

Fag Matur


51*13*13 33*13*13 39*12*13 35*15*19 36*12*13 32*12*13 24*11*10

PM= 0,9% 1,2% 1,4% 3,2% 5,1% 6,8%

Fag Subțire


60*13*13 47*10*12 43*11*14 39*11*13 36*11*13 26*11*11 22*11*10

PM= 1,1% 1,4% 1,6% 4,0% 5,4% 8,6%

Fig. 3.9 Influența condițiilor de termotratare asupra culorii (L*a*b) lemnului comparativ cu

proba de control

30

Ȋn ceea ce priveşte analizarea la momente de timp succesive a mostrelelor de culoare

expuse cu o jumătate din suprafaţă acoperită cu bandă neagră pentru a prezerva culoarea iniţială

(pentru comparaţie), în primul rând s-a putut observa că lemnul termotratat de răşinoase a suferit

modificări mult mai mici ale luminozităţii decât lemnul de foioase. Atât la lemnul de molid, cât

şi la cel de pin s-a constatat tendinţa de închidere a culorii (valori negative ale ΔL*) la lemnul

termotratat la 180°C şi uşoara tendinţă de deschidere a culorii la lemnul termotratat la 200°C

(ΔL*=1...5), tendinţă manifestată încă din prima lună, fără o evoluţie în lunile ulterioare. Valori

ΔL mai mari s-au obţinut în cazul sortimentelor subţiri: ΔL*max= 10 la molid subţire şi respectiv

ΔL*max= 6 la pin subţire.

Între speciile de foioase analizate, lemnul de tei a înregistrat modificări mai intense ale

culorii. Lemnul de fag termotratat la 180°C a oscilat în jurul valorii ΔL*= 5, iar lemnul de tei în

jurul valorii ΔL*= 8, valoare înregistrată încă după prima lună de expunere, fără evoluţie

semnificativă în lunile ulterioare, ca şi în cazul speciilor de răşinoase. Valori mai mari şi evoluţie

clară în timp s-a înregistrat însă la ambele specii de foioase termotratate la 200°C, unde ΔL* a

variat (în medie) de la 3 la 13 în cazul lemnului de fag matur (în concordanţă cu valorile obţinute

Todorovic ș.a. 2012 tratând termic aceeași specie la temperatura de 210°C timp de 4 ore), de la 3

la 12 în cazul lemnului de fag şi tei subţire şi de la 5 la 16 în cazul lemnului de tei matur.

La speciile de foioase nu s-au constatat diferenţe semnificative de modificare a culorii

între sortimentul matur şi cel subţire.

3.4. Concluzii

Principalele concluzii ale cercetării experimentale prezentate în acest capitol pot fi

formulate după cum urmează:

● Pierderea de masă crește o dată cu creșterea durității condițiilor de termotratare:

• creşterea temperaturii de la 180°C la 200°C la aceeaşi durată (4h) a condus la creşterea

cu cca. 38% a pierderii de masă în cazul lemnului de molid, cu 36–40% la lemnul de pin,

cu 25% la lemnul de tei şi cu 18-20% la lemnul de fag; în ceea ce privește diferenţa ȋntre

sortimentul matur şi cel subțire, în cazul speciilor de răşinoase, sortimentul subțire a

ȋnregistrat valori cu 6% (la pin) - 28% (la molid) mai mici decât sortimentul matur, în

timp ce la speciile de foioase situația este inversă, cu valori cu 17% (la tei) - 27% (la fag)

mai mari la sortimentul subțire, pentru lemn termotratat ȋn aceleași condiţii (200°/4h);

• creşterea duratei de tratare de la 1h la 4h la aceeaşi temperatură (200°C) a condus la

creşterea cu 35–41% a pierderii de masă în cazul lemnului de molid, cu 36–39% la

lemnul de pin, cu 39–46% la lemnul de tei şi cu 33–41% la lemnul de fag, limita

inferioară a intervalului fiind întotdeauna ȋnregistrată la lemnul matur.

31

● Efectul de stabilizare dimensională (reducerea umflării) al termotratării creşte proporţional cu

pierderea de masă.

● Comparând efectele condiţiilor de termotratare asupra stabilităţii dimensionale la umflare

(ASEv) a diferitelor specii şi sortimente analizate, s-a constatat că:

• lemnul de molid (atât sortimentul matur, cât şi cel subţire) s-a comportat foarte bine la

toate condiţiile de tratare, fiind complet lipsit de crăpături sau deformaţii după acest

proces; lemnul subțire de molid termotratat la 200°C/4h a avut stabilitatea dimensională

mai mare în direcție radială, dar mai mică în direcție tangențială faţă de lemnul matur,

astfel încât valorile ASEv au rezultat egale: ASEv = 46%, rezultat echivalent cu o reducere

la jumătate a umflării volumice pentru ambele sortimente;

• lemnul de pin negru s-a pretat mai puțin tratamentului termic decât lemnul de molid. A

fost mai predispus la crăpare, iar efectul stabilizării dimensionale a fost mai redus decât

în cazul molidului, la aceeași pierdere de masă. Densitatea mai mare, prezența

duramenului și pungile de rășină sunt considerate responsabile de acest comportament;

sortimentul subţire a înregistrat după termotratarea la 200°C/4h un coeficient de

stabilizare dimensională puţin mai mare decât lemnul matur (ASEv, PS = 40% faţă de

ASEv, PM = 38%);

• rezultatele obținute pe lemnul de tei au arătat că această specie este foarte potrivită

pentru termotratare; cu valoarea ASEv=59,3% probele de tei subţire termotratate la

200°C/4h au înregistrat cel mai puternic efect de stabilizare dimensională dintre toate

speciile lemnoase testate; un alt aspect interesant observat la lemnul de tei termotratat a

fost acela că raportul dintre umflarea tangențială și cea radială a scăzut în mod

semnificativ o dată cu creșterea durității condițiilor de termotratare, ceea ce înseamnă că

teiul tratat termic are o mai bună stabilitate a formei și este mai puțin predispus la

deformare decât lemnul de tei netratat;

• rezultatele de stabilizare dimensională obținute pe lemnul de fag au fost, de asemenea,

bune; lemnul matur s-a comportat mai bine la termotratare decât lemnul subțire;

stabilitatea dimensională volumică la temperatura de 200°C după 6 ore a depășit 55%,

dar a fost corelată cu o pierdere de masă de 9,8%; la o pierdere de masă de 5%, ASEv, FM =

39,34%, comparabilă cu cea a lemnului de molid matur.

● Referitor la influenţa condiţiilor de termotratare asupra culorii lemnului, s-a observat clar că

creşterea temperaturii şi timpului de tratare conduc la intensificarea închiderii culorii; culoare

modificată nesemnificativ în urma tratării (ceea ce indică în corelaţie şi cu valoarea foarte mică a

pierderii de masă, sub 2%, un tratament insuficient) s-a obţinut la toate speciile şi sortimentele

tratate la 180°C, indiferent de durată.

32

● Referitor la stabilitatea culorii lemnului termotratat, rezultatele obţinute arată că aceasta este

mult mai stabilă la speciile de răşinoase, în timp ce ambele specii de foioase tind să se

decoloreze în timp, în urma expunerii la lumină.

În conformitate cu principalele obiective stabilite la începutul acestui capitol, rezultatele

obţinute în urma prezentei cercetări au permis:

● stabilirea regimurilor optime de termotratare pentru fiecare specie şi sortiment;

● selectarea sortimentelor cu cele mai bune performanţe de stabilitate dimensională,

în vederea continuării cercetării prin înglobarea elementelor termotratate în panouri reconstituite

din lemn masiv şi testarea acestora în vederea utilizării pentru faţade şi pardoseli de exterior.

Astfel, regimurile optime de termotratare (cele care au condus la o valoare a pierderii de

masă de 5%), precum şi valoarea corespondentă a coeficienților de stabilizare dimensională în

volum, calculați pe baza ecuațiilor de regresie prezentate în Fig. 3.6, 3.7, se prezintă după cum

urmează (Fig. 3.10):

Fig. 3.10 Regimuri optime de termotratare

Se observă aşadar că cele mai bune rezultate privind stabilitatea dimensională (peste

40%) la aceeaşi valoare (impusă) a pierderii de masă s-au obţinut, în ordine descrescătoare la:

molid subțire, tei matur, molid matur, pin subțire. Ȋn baza acestor rezultate, sortimentele selectate

pentru realizarea şi testarea unor panouri reconstituite din elemente termotratate sunt: molid

matur, molid subţire (selectarea celor două prezintă şi avantajul continuării evaluării

comparative a proprietăților celor două sortimente – de data aceasta ȋntr-o fază mai avansată - ȋn

produsul finit) şi teiul matur.

Molid matur Molid subțire Pin matur Pin subțire Fag matur Fag subțire

200°C/3,5h

ASEv = 40,85%

200°C/5h

ASEv = 50,20%

200°C/3h

ASEv = 38,71%

200°C/3,7h

ASEv = 40,24%

20°C/3h ASEv = 48,5

PM = 5,10

200°C/3h ASEv = 44,2

PM = 5,39

Răşinoase

Foioase

200°C/3,2h

ASEv = 42,39%

200°C/2h

ASEv = 38,22%

200°C/3h

ASEv = 39,34%

200°C/2,7h

ASEv = 33,53%

Tei matur Fag matur Tei subțire Fag subțire

33

Capitolul 4.

CERCETĂRI TEORETICE ŞI EXPERIMENTALE PRIVIND

PANOURILE RECONSTITUITE DIN FRIZE TERMOTRATATE

DIN LEMN DE MOLID ŞI TEI

4.1. Obiectivele cercetării

Obiectivul acestei cercetări l-a constituit evaluarea unor proprietăţi precum stabilitatea

dimensională, planeitatea, culoarea, coeficientul de conductivitate termică şi respectiv rezistenţa

încleierii la panourile reconstituite realizate din frize termotratate din lemn masiv de molid şi tei,

comparativ cu panouri realizate din frize netratate, după expunerea panourilor în condiţii de

exterior timp de 3 luni (decembrie 2013-martie 2014 pentru panourile de molid şi aprilie – iunie

2014 pentru panourile de tei). În cazul lemnului de molid, determinările s-au făcut comparativ pe

panouri realizate din frize debitate din trunchiuri mature şi respectiv din trunchiuri subţiri

(provenite din rărituri). Utilizarea lemnului celor două specii pentru panouri din lemn termotratat

şi testarea acestora în urma expunerii în condiţii de exterior reale constituie premiere şi conferă

caracter inovativ cercetării.

4.2. Cercetări teoretice în vederea elaborării metodologiei de cercetare

4.2.1. Stabilirea regimului de termotratare a frizelor

Parametrii regimului de tratare termică (Tabelul 4.1) au fost stabiliţi pe baza rezultatelor

obţinute în cercetările preliminare prezentate în capitolul anterior ca regimuri optime pentru

lemnul matur/subţire de molid şi respectiv lemnul matur de tei și publicate de Olărescu

ş.a.(2014). Pentru a stabili durata optimă de tratare în cazul frizelor pentru panouri care au avut

aceeaşi grosime şi lăţime ca epruvetele utilizate în studiul preliminar, dar lungime mai mare

(300mm faţă de 30 mm), s-au efectuat noi teste de termotratare pe seturi de câte 10 epruvete din

fiecare sortiment.

Tabelul 4.1

Regimul de termotratare

Etape Parametrii de regim

Uscare la stare anhidră 103°C

Încălzire 180°C/8h

Tratare termică propriu-zisă

200°C/10h pentru molid

şi

200°C/3h pentru tei

Răcire 20°C/12h

34

4.2.2. Stabilirea metodologiei de expunere în condiţii de exterior a panourilor

Pentru a evalua efectele expunerii în condiţii de exterior a panourilor realizate în cadrul

prezentei cercetări asupra unor proprietăţi ale acestora (stabilitatea dimensională, de formă şi a

culorii), s-a considerat oportună testarea în timp real ale panourilor, prin expunerea acestora în

aer liber pe o terasă neacoperită (fără a veni în contact cu solul) şi respectiv pe o terasă acoperită

în aer liber şi măsurarea caracteristicilor vizate (masă, dimensiuni, umiditate, planeitate şi

culoare) după fiecare lună de expunere. S-a stabilit ca timpul de expunere al panourilor să fie de

trei luni (interval limitat de timpul avut la dispoziţie pentru efectuarea cercetării), timp în care să

fie măsurate regulat la interval de 12 ore temperatura şi umiditatea relativă a aerului în

microclimatul standului experimental.

4.2.3. Cercetări teoretice privind evaluarea stabilităţii dimensionale a panourilor

Evaluarea stabilităţii dimensionale a vizat în cazul prezentei cercetări, determinarea

coeficienţilor de umflare ai panoului (după fiecare direcţie - l şi în întregul volum - v ), pe

baza dimensiunilor măsurate (în lungul aceleiaşi linii de ghidaj):

- iniţial (înainte de a fi expuse) şi

- după fiecare lună de expunere în aer liber,

conform relaţiilor:

100min

minmax

l

lll (4.1)

100minminmin

minminminmaxmaxmax

gbL

gbLgbLv (4.2)

în care:

lmin - este dimensiunea panoului (lungimea L, lăţimea b sau grosimea g) în stare iniţială, în mm;

lmax - dimensiunea panoului după 1, 2 şi respectiv 3 luni de expunere în condiţii de exterior, în

mm.

Pe baza valorilor v obţinute pentru panourile din frize termotratate comparativ cu

panourile realizate din frize netratate din lemn de aceeaşi specie şi acelaşi sortiment s-a calculat

apoi cu ajutorul relaţiei (4.3), coeficientul de stabilizare dimensională la umflare ASE (abreviere

a termenului din limba engleză: Anti-Swelling Efficiency):

100

_,

_,_,

netratatlemnv

tratatlemnvnetratatlemnv

ASE

[%] (4.3)

35

4.2.4. Cercetări teoretice privind evaluarea planeităţii panourilor

Pe baza definiţiilor din literatura de specialitate şi a modului de măsurare cu

echipamentul OPTOdesQ Measurement Table, Olărescu (2009) a dedus relaţiile de calcul pentru

abaterea de la planeitate, după cum se prezintă în continuare: în cazul măsurării cu OPTOdesQ

Measurement Table, grosimea g măsurată faţă de masa maşinii, determină poziţia planului

adiacent, fiind considerată grosime de referinţă, faţă de care se determină abaterile. Calculul

abaterii se bazează pe măsurarea grosimii în punctele stabilite de utilizator şi compararea

acesteia cu grosimea de referinţă g, maşina furnizând direct diferenţele pozitive sau negative faţă

de aceasta. În funcţie de caracteristicile geometrice ale panoului măsurat, abaterea măsurată faţă

de planul adiacent poate fi pentru acelaşi panou:

- numai pozitivă; în acest caz abaterea de la planeitate (AP) este egală cu valoarea absolută a

abaterii maxime (Apmax) măsurate faţă de planul adiacent Pa conform relaţiei 4.4:

maxpAAP [mm] (4.4)

- numai negativă; în acest caz abaterea de la planeitate (AP) este egală cu valoarea absolută a

abaterii minime (Apmin) măsurate faţă de planul adiacent Pa, conform relaţiei 4.5:

minpAAP [mm] (4.5)

- şi pozitivă şi negativă; în acest caz abaterea de la planeitate (AP) se calculează drept suma

valorilor absolute ale abaterii minime (negative) şi a abaterii maxime (pozitive) măsurate faţă de

planul adiacent cu relaţia 4.6:

maxmin pp AAAP [mm] (4.6)

4.2.5. Cercetări teoretice privind evaluarea stabilităţii culorii panourilor

Una dintre cele mai utilizate metode moderne de evaluare cantitativă a culorii unui

material solid este spectrofotometria, bazată pe măsurarea coordonatelor spaţiului de culoare

tridimensional CIEL*a*b*, în care:

● L* reprezintă luminozitatea; aceasta poate varia între 0-negru şi 100-alb, ceea ce înseamnă că o

valoare mare a coordonatei L* caracterizează o culoare deschisă iar scăderea lui L* semnifică

închiderea culorii;

● a* reprezintă scala de roşu-verde;

● b* reprezintă scala de galben-albastru.

Prin compararea valorilor L* a* b* obţinute pe aceeaşi probă, la diferite intervale de

timp, se pot trage concluzii privind influenţa timpului de expunere la lumină asupra intensităţii

culorii, respectiv asupra tendinţei de decolorare.

36

Variaţia luminozităţii (L*)(ecuaţia 4.7) este cel mai expresiv indicator al modificărilor

pe care le suferă culoarea lemnului în timp:

**

exp

*

initialus LLL (4.7)

Variaţia totală a culorii este dată de indicatorul E*, calculat cu ajutorul ecuaţiei (4.8):

2*2*2** )()()( baLE (4.8)

unde:

L* reprezintă variaţia luminozităţii (relaţia 4.7);

a* - variaţia coordonatei de culoare roşu-verde (relaţia 4.9):

**

exp

*

initialus aaa (4.9)

b*- variaţia coordonatei de culoare galben-albastru (relaţia 4.10):

**

exp

*

initialus bbb (4.10)

4.2.6. Cercetări teoretice privind evaluarea conductivităţii termice a panourilor

Conductivitatea termică este un parametru fizic al unui material, ce depinde de

temperatură, presiune şi natura materialului şi este determinată experimental utilizând procedee

bazate pe determinări în regim termic staţionar şi nestaţionar.

Mărimea conductivităţii termice a unui material poate fi apreciată prin valoarea coefi-

cientului de conductivitate termică λ, definit prin cantitatea de căldură ce traversează o probă de

material cu suprafaţa de 1m2 şi grosime de 1m, într-un interval de timp de o oră, pentru o

diferenţă de temperatură de 1°C între două feţe perpendiculare pe fluxul termic.

Determinarea valorii coeficientului de conductivitate termică () are la bază relaţia lui

Fourier (relatia 4.11):

în care:

δ - grosimea plăcii, în mm;

Δt - diferenţa de temperatură între suprafeţele plăcii, în °C sau K;

q - fluxul termic unitar, în W/m2.

37

Prin urmare, coeficientul de conductivitate termică este numeric egal cu fluxul termic

conductiv staţionar, care traversează unitatea de suprafaţă a unei plăci de grosime unitară, când

diferenţa de temperatură între suprafeţele exterioare este egală cu unitatea.

Standardele în vigoare indică trei posibile metode de determinare a conductivităţii

termice, astfel:

- metoda plăcii încălzitoare cu două corpuri de probă dispuse simetric;

- metoda firului cald;

- metoda plăcii încălzitoare cu un singur corp de probă.

Ultima dintre ele este cea mai utilizată, stând la baza instalaţiei cunoscută sub numele de

„Masa Dr. Bock”.

Probele din materiale de construcţie, izolatoare sau plastice se confecţionează sub formă

de plăci pătrate sau circulare, cu suprafeţe plane şi paralele, având lungimea laturii cuprinsă între

200 – 600mm iar grosimea poate varia între 3 şi 70mm. Înainte de a fi aşezată proba de material

în instalaţie, i se determină cele trei dimensiuni şi masa, în vederea obţinerii densităţii. Pasul

următor îl constituie aşezarea probei de material între cele două plăci metalice plane (placa

încălzitoare şi placa rece), setarea calibrării instalaţiei în funcţie de temperaturile şi mediile alese,

apoi rularea programului care calculează singur coeficientul de conductivitate termică.

Parametrii regimului de testare pentru prezenta cercetare au fost stabiliţi ţinând cont de

utilizarea ulterioară a panourilor supuse testării (pentru condiții de exterior). Pentru aceasta,

temperaturile celor două plăci s-au ales astfel încât diferența între ele să fie maxim posibilă

(ΔT=30°C) (Tabelul 4.2).

Tabelul 4.2

Stabilirea parametrilor regimului de determinare a conductivităţii termice a panourilor

experimentale

Nr.

testări

Temperatura, [°C]

T1

Temperatura, [°C]

T2

ΔT

(T2-T1)

Media

(T1+T2/2)

1 -25 5 30 -10

2 -20 10 30 -5

3 -15 15 30 0

4 -10 20 30 5

5 -5 25 30 10

6 0 30 30 15

4.2.7. Cercetări teoretice privind evaluarea rezistenţei încleierii la panouri reconstituite din

lemn masiv

Metodologia de încercare a rezistenţei încleierii la panourile reconstituite din lemn masiv

este reglementată de standardul DD CEN/TS 13354 : 2003.

38

Principiul metodei constă în tratarea prealabilă a epruvetelor în funcţie de clasa de

serviciu stabilită conform ENV 1995 – 1 – 1, şi apoi în determinarea forţei maxime de forfecare

prin compresiune a suprafeţei de încleiere. Pe baza forţei maxime şi a suprafeţei de încleiere se

determină rezistenţa încleierii. De asemenea, standardul recomandă analiza suprafeţei de

coeziune precum şi a modului de rupere prin examinarea vizuală atentă a epruvetelor.

După debitare, epruvetele sunt supuse unui tratament corespunzător condiţiilor de

utilizare şi anume: mediu uscat (interior), mediu umed (exterior acoperit) sau mediu exterior.

Tipul şi durata tratamentului prealabil se stabilesc în funcţie de mediul de utilizare conform BS

EN 13353 (Tabelul 4.3). Ȋn cazul prezentei cercetări s-au adoptat parametrii corespunzători

expunerii în mediu exterior (SWP/3).

Tabelul 4.3

Tipul şi durata tratamentului prealabil în funcţie de mediul de utilizare

Condiţiile de utilizare conform

EN 13353 Tipul tratamentului prealabil

SWP/1 Mediu uscat (interior) Imersie în apă rece (20oC) timp de 24 de ore

SWP/2 Mediu umed Fierbere timp de 6 ore

Răcire în apă rece (20oC) minim 1 oră

SWP/3 Mediu exterior

Fierbere timp de 4 ore

Uscare în etuvă la 60oC timp de 16 – 20 de ore

Fierbere timp de 4 ore

Răcire în apă rece (20oC) timp de 1 oră

Rezistenţa la forfecare a încleierii (fv) se calculează cu relaţia 4.12:

bl

Ffv

[N/mm

2] (4.12)

în care:

F -reprezintă forţa maximă la care s-a produs ruperea, în N;

l - lungimea ariei de forfecare, în mm;

b - lăţimea ariei de forfecare (grosimea epruvetei în acest caz), în mm.

4.3. Cercetări experimentale privind proprietăţile panourilor reconstituite din

frize termotratate comparativ cu panourile realizate din frize netratate

4.3.1. Material, metodă, aparatură

Materialul lemnos utilizat în cadrul prezentei cercetări a constat în scânduri fără defecte

debitate din câte 3 trunchiuri mature ( = 30 ... 32cm) de molid (Picea abies) şi respectiv tei

(Tilia cordata) şi din 7 trunchiuri subţiri ( = 15 ... 16 cm) de molid (Picea abies) provenite din

acelaşi areal: U. P. II Stroeşti – Argeş (45° 8' 0" Nord, 24° 47' 0" Est).

39

Din aceste trunchiuri s-au debitat scânduri cu dimensiunile de 1100x110...170x30mm.

Acestea au fost uscate în camera de uscare Seba din cadrul laboratorului de Tratamente Termice

ale Lemnului (UTBv-FIL).

După uscare s-au debitat piese mai scurte, cu dimensiunile de 340x110...170x28mm,

pentru a putea fi introduse în etuva electrică Binder, în vederea termotratării după regimul stabilit

şi prezentat în Tabelul 4.1.

Următoarea etapă a constituit-o sigilarea şi condiţionarea probelor în vederea realizării

panourilor.

Panourile au fost realizate la Institutul de Cercetare al Universităţii Transilvania din

Braşov (CDI Produse High – Tech pentru Dezvoltare Durabilă PROD-DD Nr.11/2009/

ID:123/SMIS:2637) la o temperatură de 20±2°C şi umiditatea relativă a aerului de 45 - 55%,

parcurgând operaţiile tehnologice prezentate în schema de mai jos (Fig. 4.1):

Fig. 4.1 Schema bloc a tehnologiei de fabricare a panourilor

Alegerea materialului a constituit prima etapă, în care s-a realizat sortarea materialului

lemnos, astfel încât să se elimine piesele cu defecte (de structură, de tratare etc.).

Retezarea frizelor s-a realizat cu fierăstrăul circular Festool Kape, dotat cu pânza

circulară Festool 494604, pentru tăieri transversale.

Îndreptarea faţă-cant s-a realizat la maşina de îndreptat Festool obţinându-se bazele

tehnologice de lucru.

A urmat rindeluirea la grosime, operaţie realizată pe maşina de rindeluit la grosime tip

Holzmann PT 260 şi apoi spintecarea cu ajutorul fierăstrăului circular universal Festool Precisia

CS70 echipat cu o pânză circulară pentru spintecat Festool cad.

40

Frizele fiind pregătite la dimensiuni, s-a trecut la operaţia de bază: formarea panoului

prin alăturarea şi însemnarea frizelor selectate pentru fiecare panou, aplicarea manuală pe

canturile fiecărei frize a adezivului şi presarea frizelor încleiate într-o presă manuală.

Pentru încleiere s-a folosit adezivul poliuretanic Jowapur 687.22, consumul specific de

adeziv fiind de 200,65 g/m2. Acestui consum specific îi corespunde un consum de adeziv de

22,35 g pentru un panou finit cu dimensiunile de 300x300x20mm.

Notarea panourilor a avut la bază tipul frizelor (specie şi sortiment) din care au fost

confecţionate. Semnificaţiile se prezintă după cum urmează:

MM – Molid matur termotratat NMS - Molid subţire netratat

NMM – Molid matur netratat TM – Tei matur termotratat

MS – Molid subţire termotratat NTM – Tei matur netratat

După presare, panourile au fost condiţionate în stare strânsă într-un mediu cu

temperatura de 20±2°C şi umiditatea relativă a aerului de 55±5% timp de 7 zile şi apoi calibrate

pe maşina de calibrat tip Rojek 1921 din cadrul atelierului şcoală al FIL.

Formatizarea panourilor, ca ultimă operaţie de prelucrare mecanică a fost realizată pe

fierăstrăul circular de formatizat şi dimensionat panouri tip Umaro din cadrul atelierului şcoală al

FIL.

În vederea determinării proprietăţilor selectate (stabilitate dimensională la umflare,

planeitate, stabilitatea culorii, conductivitate termică, rezistenţa încleierii), panourile realizate au

fost împărţite în 3 seturi după cum urmează:

- şaisprezece panouri din fiecare sortiment au fost destinate expunerii în aer liber, în vederea

evaluării stabilităţii dimensionale, de formă şi a culorii în urma expunerii timp de trei luni

(decembrie 2013-martie 2014 la panourile de molid şi aprilie – iulie 2014 la panourile de tei) în

condiţii de exterior; jumătate dintre acestea au fost expuse pe o terasă neacoperită şi celalaltă

jumătate pe o terasă acoperită;

- trei panouri din fiecare sortiment au fost destinate determinării conductivităţii termice;

- două panouri din fiecare sortiment au fost destinate confecţionării a câte 18 epruvete pentru

determinarea rezistenţei încleierii, conform DD CENT/TS 13354:2003.

Panourile realizate au fost expuse ȋn condițiile mediului exterior din satul Stroeşti,

Comuna Muşăteşti, județul Argeş, localitate de unde s-a achiziționat şi materialul lemnos

necesar cerecetărilor experimentale din cadrul prezentei teze. Județul Argeş este delimitat la sud

de paralela de 44°83’ latitudine nordică şi la nord de cea de 45°37’ latitudine nordică, la vest de

meridianul de 24°25’ longitudine estică, iar la est de cel de 25°20’ longitudine estică.

41

Standul experimental realizat pentru expunerea în aer liber a panourilor pe terasa

neacoperită este prezentat în Fig. 4.2, iar cel pe terasă acoperită este prezentat în Fig 4.3.

Fig. 4.2 Stand de expunere în mediu

exterior, terasă neacoperită

Fig. 4.3 Stand de expunere în mediu

exterior, terasă acoperită

Temperatura şi umiditatea relativă a aerului aferente microclimatului fiecărui stand

experimental au fost monitorizate cu ajutorul unui termohigrometru la un interval regulat de 12

ore pe toată durata expunerii. Valorile medii ale celor doi parametri climatici, aferente fiecărei

luni şi fiecărui stand, se regăsesc în Tabelul 4.4

Tabelul 4.4

Valoriile medii ale temperaturii (T) şi umidităţii relative a aerului (RH) aferente perioadei de

expunere în aer liber a panourilor experimentale

Specie

panou Timp de expunere [luni]

Terasa

neacoperită

Terasa acoperită

T [°C] RH [%] T [°C] RH [%]

Molid

Decembrie 2013 - Ianuarie 2014 -1,37 79,83 1,50 71,56

Ianuarie 2014 - Februarie 2014 -0,88 81,94 1,36 76,10

Februarie 2014 - Martie 2014 11,65 46,54 8,89 48,88

Tei

Aprilie 2014 - Mai 2014 14,16 60,54 11,41 63,86

Mai 2014 - Iunie 2014 17,59 45 14,45 51,83

Iunie 2014 – Iulie 2014 19,76 28,40 17,73 25,03

Variaţia acestor parametri în decursul celor trei luni de expunere este prezentată în Fig.

4.4, a şi b pentru panourile de molid expuse pe terasă neacoperită şi pe terasă acoperită.

42

a.

b.

Fig. 4.4 Variaţia temperaturii şi umidităţii relative a aerului în decursul celor trei luni

de expunere în aer liber a panourilor de molid: a - pe o TERASĂ NEACOPERITĂ; b -

pe o TERASĂ ACOPERITĂ

După fiecare lună de expunere au fost determinate masa, umiditatea şi cele trei

dimensiuni ale panourilor.

Determinarea masei s-a realizat cu ajutorul unei balanţe electronice Axis model AD 2000,

cu o precizie de 0.01g , iar determinarea umidităţii cu ajutorul unui umidometru cu ultrasunete

tip FMW de la firma MERLIN.

43

a) Testele privind stabilitatea dimensională şi planeitatea panourilor

Acestea au fost efectuate în Laboratorul de Testare a Preciziei de Fabricaţie în Industria

Lemnului (LTPFIL-UTBv) (laborator acreditat RENAR începând cu data de 09.06.2008,

conform certificatului nr. LI 665).

Măsurătorile s-au efectuat pe OPTOdesQ Measurement Table (Fig. 4.7) dotată cu

sistem magnetic de măsurare pe cele trei axe X, Y, şi Z. Atât programarea cât şi achiziţia datelor

se face electronic prin intermediul pachetului software Hecht OptodesQ.

a

Fig. 4.7 Măsurarea planeității panourilor

experimentale:

a - OPTOdesQ Measurement Table;

b – însemnarea punctelor de măsurare.

b

Modul de lucru al maşinii se realizează în următorii paşi:

- măsurarea într-un singur punct a grosimii de referinţă g;

- măsurarea lungimii şi lăţimii panoului pe ambele laturi;

- măsurarea unghiurilor panoului;

- măsurarea grosimii panoului în punctele definite de utilizator.

Pe baza acestor valori înregistrate automat şi cu ajutorul relaţiilor (4.4) – (4.6), s-a

determinat abaterea de la planeitate a fiecărui panou ca medie a valorilor rezultate în cele cinci

puncte de măsurare (Fig.4.7 b), situate unul în centrul panoului, iar celelalte patru la distanţa de

20mm faţă de colţuri.

Pentru o mai bună analiză a abaterii de la planeitate a panourilor realizate s-a considerat

necesar şi calculul abaterilor medii pe cele două direcții de orientare ale fibrei şi anume pe

direcție longitudinală luând maximul dintre T1-T2, şi T3-T4 şi respectiv pe direcție transversală

luând maximul dintre T1-T4 şi T2-T3.

44

Pentru o mai bună relevanţă a rezultatelor obţinute, valorile abaterilor de la planeitate în

starea iniţială a panourilor (după presare şi condiţionare) au fost scăzute din valorile obţinute

după expunerea în condiţii de exterior. S-a pornit de la ideea că realizarea în condiţii industriale a

panourilor permite obţinerea unor produse cu abatere zero de la planeitate şi doar în baza acestei

ipoteze a fost posibilă compararea stabilităţii de formă a unor panouri expuse în aceleaşi condiţii,

dar realizate din sortimente diferite – astfel încât să se poată aprecia influenţa sortimentului şi a

termotratării.

b) Testele de determinare a culorii panourilor şi a stabilităţii acesteia în timp

Aceste teste s-au efectuat la Institutul de Cercetare al Universităţii Transilvania din

Braşov (CDI Produse High – Tech pentru Dezvoltare Durabilă PROD-DD Nr.11/2009/

ID:123/SMIS:2637), cu ajutorul unui spectrofotometru AVANTES AVA SPEC 2048 (Fig. 4.8,

a) în 9 puncte de măsurare (Fig. 4.8, b) iar ulterior s-a făcut media pentru fiecare panou măsurat

a culorii în stare inițială (imediat după tratare) şi apoi după fiecare lună de expunere în aer liber.

a.

Fig. 4.8 Măsurarea culorii panourilor

experimentale:

a - spectrofotometru AVA SPEC 2048;

b – însemnarea punctelor de măsurare.

b.

c) Testele privind conductivitatea termică a panourilor

Şi aceste teste s-au efectuat la acelaşi Institut de Cercetare al UTBv, pe masa Bock tip

NETZSCH (Fig. 4.9). Deoarece dimensiunile necesare ale probelor pentru testare sunt de

600x600mm, iar panourile experimentale au avut dimensiuni mai mici (300x300mm), s-a folosit

un şablon din polistiren extrudat (Fig. 4.9) cu dimensiunile de 600x600x20mm, din care s-a

decupat în mijloc un pătrat cu dimensiunile de 300x300x20mm, exact cât să poată fi introdus

panoul experimental, fără a influenţa astfel precizia testării.

45

Fig. 4.9 Masa Dr. Bock tip NETZSCH pentru determinarea coeficientului de conductivitate termică al

panourilor reconstituite din lemn masiv

d) Testele privind rezistenţa încleierii panourilor

Deoarece panourile reconstituite din frize de lemn masiv tratate termic au fost proiectate

pentru placări verticale şi pardoseli utilizate în condiţii de exterior, înainte de a fi testate, probele

au fost supuse tratamentului prealabil corespunzător acestor condiţii. Astfel, după debitare,

epruvetele au fost măsurate, apoi fierte timp de 4 ore, uscate în etuvă la 60°C timp de 18 ore,

fierte din nou 4 ore şi în final răcite în apă rece (20oC) timp de 1 oră.

Încercarea la forfecare s-a realizat în Laboratorul de Cercetare Testare a Produselor din

Lemn Aliniat la Normele Europene (LCTPLANE-FIL-UTBv)(laborator acreditat RENAR) din

cadrul Facultăţii de Ingineria Lemnului. Pentru testare s-a utilizat maşina de încercări mecanice

model-BT1 FB050TN.D30 (Fig. 4.12, a), produsă de firma germană Zwick, Zwick / Roell,

echipată cu dispozitivul necesar testului de forfecare paralelă cu fibrele.

a. b.

Fig. 4.12 Încercarea prin forfecare a rezistenţei încleierii la panourile

experimentale: a - maşina de încercări mecanice model-BT1 FB050TN.D30;

b – forma şi dimensiunile epruvetelor.

46

4.3.2. Rezultate experimentale şi discuţii

4.3.2.1. Umiditatea panourilor

Valorile umidităţilor medii ale panourilor la diferite intervale de timp sunt redate în

Tabelul 4.5 pentru panourile expuse pe terasă neacoperită şi în Tabelul 4.6 pentru cele expuse pe

terasa acoperită. Fig. 4.13 - 4.15 ilustrează evoluţia umidităţii panourilor, pe sortimente, în

funcţie de timp şi de tipul expunerii.

Tabelul 4.5

Umiditatea panourilor expuse pe terasă neacoperită

la diferite intervale de timp

Tip panou Iniţială După 1 lună După 2 luni După 3 luni

MM 2,35 ± 0,17 8,28 ± 0,68 9,35 ± 0,75 8,05 ± 0,33

NMM 10,30 ± 0,24 19,85 ± 2,24 15,58 ± 2,40 13,23 ± 0,51

MS 2,16 ± 0,45 8,65 ± 0,91 9,88 ± 1,20 8,58 ± 0,24

NMS 11,78 ± 0,53 20,51± 0,47 16,15 ± 1,58 12,03 ± 1,06

TM 4,70 ± 0,85 9,10 ± 0,99 9,75 ± 0,35 9,70 ± 0,57

NTM 7,85 ± 1,91 20,45 ± 2,62 17,10 ± 3,39 13,75 ± 0,64

*± valoarea abaterii medii pătratice

Tabelul 4.6

Umiditatea panourilor expuse pe terasă acoperită

la diferite intervale de timp

Tip panou Iniţială După 1 lună După 2 luni După 3 luni

MM 2,60 ± 1,13 5,40 ± 0,28 6,80 ± 0,99 7,35 ± 0,21

NMM 11,20 ± 1,13 13,90 ± 0,14 13,75 ± 1,06 11,25 ± 1,48

MS 2,50 ± 0,57 5,25 ± 0,64 7,35 ± 0,21 7,35 ± 0,07

NMS 10,75 ± 0,35 14,30 ± 1,56 14,70 ± 0,85 13,15 ± 0,92

TM 4,10 ± 0,74 5,90 ± 1,06 6,30 ± 1,02 6,40 ± 0,97

NTM 9,40 ± 0,94 13,50 ± 0,86 12,80 ± 0,55 11,20 ± 1,12


02468

1012141618202224

Initial Dupa 1 luna Dupa 2 luni Dupa 3 luni

Um

idit

ate

a p

an

ou

rilo

r, [

%]

Timp de expunere, [luni]

Molid matur termotratat Molid matur netermotratat

02468

1012141618202224


Um

idit

ate

a p

an

ou

rilo

r, [

%]


Molid matur termotratat Molid matur netermotratat

a. b.

Fig. 4.13 Evoluţia umidităţii panourilor din lemn de molid matur pe parcursul expunerii în aer

liber:

a - pe terasă neacoperită; b – pe terasă acoperită

47

02468

1012141618202224


Um

idit

ate

a p

an

ou

rilo

r, [

%]


Molid subtire termotratat Molid subtire netermotratat

02468

1012141618202224


Um

idit

ate

a p

an

ou

rilo

r, [

%]


Molid subtire termotratat Molid subtire netermotratat

a. b.

Fig. 4.14 Evoluţia umidităţii panourilor din lemn de molid subţire pe parcursul expunerii în aer

liber:


02468

1012141618202224


Um

idit

ate

a p

an

ou

rilo

r, [

%]


Tei matur termotratat Tei matur netermotratat

02468

1012141618202224


Um

idit

ate

a p

an

ou

rilo

r, [

%]


Tei matur termotratat Tei matur netermotratat

a. b.

Fig. 4.15 Evoluţia umidităţii panourilor din lemn de tei matur pe parcursul expunerii în aer

liber:


Se observă în primul rând că panourile din frize termotratate s-au umezit mult mai puţin

decât cele netratate, chiar şi în condiţiile cele mai severe – după prima lună de expunere, cu

umiditate relativă în aer de 80% (medie), în cazul panourilor de molid şi respectiv 60% (medie)

în cazul celor din lemn de tei.

Pe terasa neacoperită, umiditatea panourilor din lemn termotratat a crescut până la 8-9%,

spre deosebire de cele netratate, care au ajuns la 20% după prima lună de expunere. După a doua

lună de expunere, umiditatea panourilor din lemn termotratat a mai urcat cu 1%, în timp ce

panourile netratate au scăzut cu până la 4%. Stabilitatea mult mai bună a umidităţii la panourile

termotratate a fost confirmată şi după a treia lună de expunere, umiditatea panourilor

termotratate râmânând aproape neschimbată, în jurul valorii de 9-10%, în timp ce umiditatea

panourilor din lemn netratat a continuat să scadă, până la 12-13% la cele de molid şi până la 14%

la cele de tei.Tendinţa variaţiei de umiditate este aceeaşi şi pe terasa acoperită, valorile fiind

uniform cu 2-3% mai mici decât cele înregistrate pe terasa neacoperită, în strictă corelaţie cu

diferenţele de microclimat înregistrate între cele 2 standuri (temperatură cu 2-3°C mai mare şi

umiditate relativă cu 2-7% mai mică pe terasa acoperită). În acest caz, umiditatea panourilor din

lemn termotratat s-a stabilizat în jurul valorii de 7%.

48

În ceea ce priveşte comparaţia între specii, la expunerea în contact cu apa (pe terasa

neacoperită) panourile din lemn de tei au înregistrat valori puţin mai mari ale umidităţii, atât la

lemnul tratat (10% faţă de 8% după 3 luni), cât şi la cel netratat (13% faţă de12% după 3 luni). În

schimb, la panourile expuse de terasa acoperită, situaţia s-a inversat, diferenţele fiind insă

nesemnificative (7.4% la molid faţă de 6.4% la tei tratat).

Comparând cele două sortimente de lemn de molid (matur vs. subţire) s-a constatat că

panourile realizate din sortimentul subţire au înregistrat valori cu 4-6% (nesemnificativ) mai

mari decât la sortimentul matur.

4.3.2.2. Stabilitatea dimensională a panourilor

Valorile medii ale coeficienţilor volumici de umflare, stabilite pe seturile de câte 8

panouri din fiecare sortiment sunt prezentate în Tabelul 4.9.

Tabelul 4.9

Umflarea volumică a panourilor expuse în condiţii de exterior timp de 3 luni

Mod de expunere Tip

panou

După 1 lună După 2 luni După 3 luni

Terasă neacoperită

MM 1,439 ± 1,261 1,598 ± 0,862 0,230 ± 2,273

NMM 2,435 ± 0,945 2,499 ± 0,110 1,444 ± 0,815

MS 2,025 ± 0,813 1,583 ± 1,674 0,425 ± 1,126

NMS 4,849 ± 2,301 4,240 ± 1,736 2,877 ± 2,321

TM 1,055 ± 0,985 0,672 ± 0,234 0,366 ± 1,569

NTM 2,912 ± 1,056 1,888 ± 0,699 1,496 ± 4,632

Terasă acoperită

MM 0,772 ± 1,915 0,616 ± 1,234 0,020 ± 0,451

NMM 2,853 ± 0,601 2,295 ± 2,189 2,504 ± 2,326

MS 0,877 ± 1,007 0,132 ± 1,870 0,099 ± 1,843

NMS 1,560 ± 0,164 1,176 ± 0,608 1,409 ± 1,178

TM 0,74 ± 0,985 0,254 ± 0,866 0,336 ± 0,024

NTM 2,468 ± 1,056 1,382 ± 0,035 2,197 ± 0,984


Respectând tendinţa variaţiei de umiditate, ilustrată în graficele anterioare, umflarea

panourilor a fost maximă după prima lună de expunere (v=1,0…2,9% pe terasa neacoperită şi

0,7…2,8% pe terasa acoperită), după care a scăzut în cazul majorităţii sortimentelor.

Pe terasa neacoperită, cele mai mari valori ale coeficienţilor de umflare s-au înregistrat la

panourile din lemn molid subţire netratat (v=4,8% după prima lună şi la v=2,8% şi după a treia

lună). Pe terasa acoperită, cele mai mari valori ale coeficienţilor de umflare s-au înregistrat la

panourile din lemn molid matur netratat (v=2,8% după prima lună şi v=2,5% după a treia

lună).

În ceea ce priveşte efectele termotratării asupra stabilităţii dimensionale la umflare a

panourilor, valorile mari ale coeficientului de stabilitate dimensională (ASEv), calculate conform

ecuaţiei (4.3) şi prezentate în Tabelul 4.10 arată clar că termotratarea are un efect benefic uriaş

49

asupra stabilităţii dimensionale a panourilor, indiferent dacă acestea sunt expuse pe terasă

acoperită sau neacoperită.

Tabelul 4.10

Coeficientul de stabilitate dimensională a panourilor la umflare (ASEv), în urma expunerii acestora

timp de 3 luni în condiţii de exterior

Mod de expunere Tip panou După 1 lună După 2 luni După 3 luni


MM 41% 36% 84%

MS 58% 63% 84%

TM 64% 64% 76%

Terasă acoperită

MM 73% 73% 99%

MS 44% 89% 99%

TM 70% 82% 88%

Cele mai mari valori (efectele cele mai vizibile) s-au înregistrat după trei luni de

expunere, diferenţele între cele două specii şi între cele două sortimente de molid nefiind

semnificativ diferite (Fig . 4.18, 4.19).

a. b.

Fig. 4.18 Coeficientul de stabilitate dimensională în volum la umflare pentru:

a – panouri din lemn de molid; b – panouri din lemn de tei

expuse timp de 3 luni pe o terasă neacoperită

a. b.

Fig. 4.19 Coeficientul de stabilitate dimensională în volum la umflare pentru:

a – panouri din lemn de molid; b – panouri din lemn de tei

expuse timp de 3 luni pe o terasă acoperită

50

4.3.2.3. Planeitatea

S-au determinat atât valorile abaterilor de la planeitate pentru panoul în ansamblu, cât şi

abaterile de la planeitate în funcţie de direcţia fibrelor (pe direcţia longitudinală şi respectiv

transversală a fiecărui panou).

Valorile medii ale abaterilor de la planeitate stabilite pe seturile de câte 8 panouri din

fiecare sortiment în funcţie de valoarea extremă (înregistrată în toate cazurile în punctul central

al panoului, T5) sunt prezentate în Tabelul 4.11.

Tabelul 4.11

Abaterea medie de la planeitate a panourilor expuse în condiţii

de exterior timp de 3 luni

Mod de expunere Tip

panou După 1 lună După 2 luni După 3 luni


MM 1,35 ± 0,74 1,32 ± 0,40 0,58 ± 0,23

NMM 1,50 ± 0,33 2,31 ± 1,51 0,82 ± 0,50

MS 0,76 ± 0,54 1,39 ± 1,20 0,81 ± 0,79

NMS 1,17 ± 0,25 1,57 ± 1,32 1,60 ± 0,50

TM 1,37 ± 0,00 1,51 ± 0,06 1,91 ± 1,30

NTM 2,48 ± 0,08 2,51 ± 0,62 4,65 ± 1,19

Terasă acoperită

MM 0,40 ± 0,06 1,02 ± 0,30 0,41 ± 0,37

NMM 1,28 ± 0,13 1,45 ± 0,40 0,41 ± 0,03

MS 0,75 ± 0,68 0,99 ± 0,21 0,79 ± 0,65

NMS 1,96 ±1,28 1,84 ± 0,71 1,35 ± 0,48

TM 0,73 ±0,28 0,51±0,04 0,63 ±0,57

NTM 0,76±0,10 1,06 ±0,31 1,31 ±0,84


La majoritatea sortimentelor, abaterile maxime s-au înregistrat după prima sau a doua

lună de expunere (Fig. 4.20). Se observă clar că abaterile sunt mai mici în cazul panourilor din

lemn termotratat: cu până la 53% în cazul lemnului de molid

matur, până la 72% în cazul lemnului de molid subţire şi până la 92% în cazul lemnului

de tei.

Fig. 4.20 Abaterea de la planeitate a panourilor în funcţie de timpul de

expunere în aer liber pe o terasă neacoperită

51

Comparând cele două specii (MM cu TM, respectiv NMM cu NTM), diferenţele sunt

nesemnificative pe parcursul primelor două luni, dar după a treia lună se observă clar stabilitatea

mai bună la formă a lemnului de molid, atât la sortimentul termotratat, cât şi la cel netratat. Cu

toate acestea, trebuie subliniat faptul că termotratarea îmbunătăţeşte mult (cu până la 92%)

stabilitatea de formă a lemnului de tei, ceea ce evidenţiază încă o dată oportunitatea aplicării

acestui tratament la această specie.

Comparând cele două sortimente din lemn de molid, la panourile expuse pe terasa

neacoperită nu s-au sesizat diferenţe semnificative, dar la panourile expuse pe terasa acoperită se

observă clar că panourile din molid subţire au manifestat abateri de la planeitate mai mari faţă de

cele din molid matur (Fig. 4.21).

a. b.

Fig. 4.21 Influenţa sortimentului (matur vs. subţire) asupra abaterii de la planeitate a panourilor

din lemn de molid: a - termotratat; b - netratat

În ceea ce priveşte influenţa condiţiilor de expunere, aşa cum era de aşteptat, în corelaţie

şi cu rezultatele obţinute pentru stabilitatea dimensională, valorile abaterii de la planeitate sunt

mai mici la panourile expuse pe terasa acoperită (Fig. 4.22).

Fig. 4.22 Influenţa condiţiilor de expunere (terasă acoperită vs. terasă neacoperită)

asupra abaterii de la planeitate a panourilor

Deoarece analiza vizuală a panourilor relevă clar că acestea s-au deformat mai mult pe

direcţie transversală decât longitudinală (Fig. 4.23), s-a considerat oportună cuantificarea abaterii

52

de la planeitate şi separat, după cele două direcţii. Rezultatele obţinute pentru panourile din lemn

termotratat sunt prezentate în Tabelele 4.12 - 4.13.

a. MM în direcție longitudinală b. MM în direcție transversală

c. MS în direcție longitudinală d. – MS în direcție transversală

e. TM în direcție longitudinală f. TM în direcție transversală

Fig. 4.23 Diferenţe între deformarea panourilor pe direcţie longitudinală şi transversală

Tabelul 4.12

Abaterea medie de la planeitate pe direcţia longitudinală a panourilor expuse

în condiţii de exterior timp de 3 luni



MM 0,33 0,36 0,30

NMM 0,67 0,44 0,35

MS 0,35 0,28 0,42

NMS 0,49 0,52 0,66

TM 0,62 0,26 0,39

NTM 0,89 0,45 0,57

Terasă acoperită

MM 0,28 0,24 0,23

NMM 0,36 0,35 0,33

MS 0,17 0,10 0,29

NMS 0,24 0,20 0,26

TM 0,13 0,11 0,36

NTM 0,43 0,46 0,30

Tabelul 4.13

Abaterea medie de la planeitate pe direcţia transversală a panourilor expuse în condiţii de exterior

timp de 3 luni



MM 0,47 0,40 0,39

NMM 0,79 0,72 0,45

MS 0,35 0,53 0,48

NMS 0,61 0,54 0,82

TM 0,94 0,48 0,70

NTM 0,99 0,93 1,03

Terasă acoperită

MM 0,31 0,34 0,36

NMM 0,46 0,45 0,45

MS 0,26 0,45 0,42

NMS 0,58 0,56 0,57

TM 0,51 0,5 0,52

NTM 0,62 0,67 0,63

53

După cum se poate observa şi în Fig. 4.24, la toate sortimentele abaterea medie de la

planeitate în direcție transversală este mai mare decât abaterea medie de la planeitate în direcție

longitudinală. Cea mai mare abatere medie de la planeitate în direcție transversală s-a obținut la

panourile realizate din lemn de tei matur netratat (1,03) după 3 luni de expunere pe terasa

neacoperită.

Ȋn ceea ce priveşte diferența între deformarea panourilor termotratate vs. netermotatate

(Fig. 4.25) s-a observat că cele termotratate s-au deformat cu 9 - 36 % mai puțin atȃt ȋn direcție

longitudinală respectiv cu 20 - 44 % ȋn direcție transversală.

În ceea ce privesc diferențele ȋntre deformarea panourilor expuse pe terasa acoperită față

de cea neacoperită s-a constatat că pe terasa acoperită s-au ȋnregistrat valori cu 5,7 - 58 % mai

mici pe direcție longitudinală şi cu 7,6 – 38,8 pe direcție transversală, diferența cea mai mare

fiind ȋnregistrată la panourile de molid subțire netratat (58% ȋn direcție longitudinală).

a. b.

Fig. 4.24 Diferența între abaterea medie de la planeitate pe direcție longitudinală şi respectiv

transversală a panourilor după trei luni de expunere în condiții de exterior: a – terasă

neacoperită; b – terasă acoperită

a. b.

c. d.

e. f.

Fig. 4.25 Diferenţe între deformarea în direcție transversală a panourilor termotratate şi

respectiv netermotrate: a – MM; b – NMM; c – MS; d – NMS; e – TM; f – NTM

54

4.3.2.4. Stabilitatea culorii

Modificările de culoare suferite de panourile expuse în condiţii de exterior timp de trei

luni pe o terasă neacoperită sunt ilustrate in Tabelul 4.14 pentru panourile din lemn de molid şi

respectiv în Tabelul 4.15 pentru panourile din lemn de tei.

Tabelul 4.14

Modificarea culorii panourilor din lemn de molid după trei luni (decembrie-martie) de expunere în aer

liber pe o terasă neacoperită faţă de culoarea iniţială

Materia

primă

Panouri realizate din frize tratate termic Panouri realizate din frize netratate termic

Culoarea iniţială Culoarea după 3

luni de expunere

Culoarea iniţială Culoarea după 3

luni de expunere

Molid

matur

L*=48,11

a*=10,72

b*=19,88

L*=57,12

a*=7,50

b*=19,46

L*=86,02

a*=4,44

b*=17,64

L*=70,03

a*=8,55

b*=24,94

Molid

subţire

L*=49,35

a*=10,76

b*=22,35

L*=58,23

a*=7,22

b*=17,85

L*=86,77

a*=3,44

b*=16,55

L*=70,19

a*=8,23

b*=24,16

Tabelul 4.15

Modificarea culorii panourilor din lemn de tei după trei luni (aprilie -iulie) de expunere în aer liber pe

o terasă neacoperită faţă de culoarea iniţială

Materia

primă


Culoarea iniţială Culoarea după 3 luni

de expunere


de expunere

Tei

matur

L*= 42,48

a*=8,91

b*=17,01

L*= 54,80

a*=2,05

b*=4,94

L*= 78,49

a*=6,17

b*=20,30

L*= 56,86

a*=2,50

b*=8,31

Tabelul 4.16 prezintă valorile variaţiei de luminozitate (ΔL*) şi ale variaţiei totale a

culorii (ΔE*) după fiecare lună de expunere.

55

Tabelul 4.16

Variaţia luminozităţii (ΔL*) şi variaţia totală a culorii (ΔE*) a panourilor după fiecare lună de

expunere în aer liber pe terasă neacoperită

Panou După 1 lună După 2 luni După 3 luni

MM

ΔL*=4,26 ΔE*=5,89 ΔL*=8,44 ΔE*=9,44 ΔL*=9,00 ΔE*=9,89

NMM

ΔL*=-8,95 ΔE*=13,41 ΔL*=-12,90 ΔE*=16,56 ΔL*=-15,99 ΔE*=18,30

MS

ΔL*=5,72 ΔE*=6,24 ΔL*=9,64 ΔE*=10,87 ΔL*=10,58 ΔE*=11,55

NMS

ΔL*=-9,63 ΔE*=14,71 ΔL*=-14,34 ΔE*=17,74 ΔL*=-16,58 ΔE*=18,93

TM

ΔL*=9,32 ΔE*=9,84 ΔL*=13,12 ΔE*=15,41 ΔL*=12,32 ΔE*=18,60

NTM

ΔL*=-7,43 ΔE*=8,09 ΔL*=-12,85 ΔE*=14,03 ΔL*=-21,63 ΔE*=25,01

56

În mod similar, modificările de culoare suferite de panourile expuse în condiţii de

exterior timp de trei luni pe o terasă acoperită sunt ilustrate in Tabelele 4.17 şi 4.18, iar valorile

variaţiei de luminozitate (ΔL*) şi ale variaţiei totale a culorii (ΔE*) după fiecare lună de

expunere sunt prezentate în Tabelul 4.19

Tabelul 4.17

Modificarea culorii panourilor din lemn de molid după trei luni (decembrie-martie) de expunere în aer

liber pe o terasă acoperită faţă de culoarea iniţială

Materia

primă



de expunere


de expunere

Molid

matur

L*= 49,40

a*= 10,79

b*=22,16

L*=50,57

a*=10,33

b*=20,30

L*= 86,26

a*= 3,54

b*=17,43

L*= 81,58

a*= 3,54

b*=18,69

Molid

subţire

L*= 47,46 a*= 10,55

b*=19,69

L*= 48,30 a*= 10,35

b*=20,94

L*= 86,37 a*= 3,73

b*=17,25

L*=81,86 a*= 3,24

b*=18,67

Tabelul 4.18

Modificarea culorii panourilor din lemn de tei după trei luni (aprilie -iulie) de expunere în aer liber pe

o terasă acoperită faţă de culoarea iniţială

Materia

primă


Culoarea iniţială Culoarea după 3 luni de

expunere


de expunere

Tei matur

L*= 39,46

a*=8,83

b*=17,11

L*= 42,07

a*=9,40

b*=15,38

L*=78,21

a*=6,12

b*=21,11

L*=73,26

a*=8,21

b*=19,76

Comparând modificările de culoare survenite la panourile din frize tratate faţă de cele netratate,

prima constatare este aceea că panourile tratate tind să se deschidă la culoare în urma expunerii

57

în aer liber (ΔL* are valori pozitive), în timp ce panourile din frize netratate se închid la culoare

(ΔL* are valori negative).

Tabelul 4.19

Variaţia luminozităţii (ΔL*) şi variaţia totală a culorii (ΔE*) a panourilor după fiecare lună de

expunere în aer liber pe terasa acoperită

Panou După 1 lună După 2 luni După 3 luni

MM

ΔL*=0,30 ΔE*=3,20 ΔL*=0,75 ΔE*=1,76 ΔL*=1,18 ΔE*=2,45

NMM

ΔL*=-2,54 ΔE*=2,72 ΔL*=-2,54 ΔE*=2,58 ΔL*=-4,68 ΔE*=4,85

MS

ΔL*=0,04 ΔE*=1,39 ΔL*=0,23 ΔE*=2,06 ΔL*=0,81 ΔE*=1,33

NMS

ΔL*=-1,88 ΔE*=2,23 ΔL*=-4,00 ΔE*=4,12 ΔL*=-4,51 ΔE*=4,76

TM

ΔL*=1,32 ΔE*=3,37 ΔL*=1,93 ΔE*=3,03 ΔL*=2,61 ΔE*=3,18

NTM

ΔL*=-2,02 ΔE*=2,19 ΔL*=-3,37 ΔE*=3,88 ΔL*=-4,95 ΔE*=5,54

58

Tendinţa de deschidere a culorii la panourile din frize tratate este mai puternică în

primele două luni (Fig. 4.26 şi 4.27), atât pentru lemnul de molid cât şi pentru cel de tei; atât

pentru lemnul matur, cât şi pentru lemnul subţire.

Fig. 4.26

Variaţia luminozităţii (ΔL*) a panourilor din frize tratate termic

după 1, 2 şi 3 luni de expunere în aer liber/terasă neacoperită

În ceea ce priveşte diferenţele date de modul de expunere (terasă acoperită vs. terasă

neacoperită), se observă clar că variaţiile de culoare sunt mult mai mici la panourile expuse pe

terasa acoperită, la toate sortimentele analizate şi la toate momentele de timp luate în

considerare (Fig. 4.27).

După 1 lună După 2 luni

După 3 luni

Fig. 4.27 Variaţia totală a culorii (ΔE*) a panourilor din frize tratate termic

după 1, 2 şi 3 luni de expunere în aer liber pe o terasă neacoperită comparativ cu o terasă

acoperită

59

4.3.2.5. Conductivitatea termică

Rezultatele privind coeficienţii medii de conductivitate termică stabiliţi pe seturile de câte

3 panouri experimentale realizate din fiecare sortiment sunt prezentate în Tabelul 4.20 şi ilustrate

comparativ în graficul din Fig.4.28.

Tabelul 4.20

Valorile medii ale coeficienţilor de conductivitate termică

Tip panou

Densitatea [kg/m3]

Coeficientul de conductivitate

termică [W/mK]

MM 385,643 0,074 0,002

NMM 434,381 0,086 0,004

MS 370,841 0,079 0,003

NMS 396,394 0,086 0,002

TM 477,607 0,084 0,007

NTM 531,038 0,090 0,002


Se observă că valorile obţinute la panourile din diferite sortimente sunt relativ apropiate,

situându-se în jurul valorii de 0.08 W/mK, valoare specifică ale unor bine-cunoscute materiale

termoizolatoare precum vata minerală, lâna, plăcile din aşchii de densitate foarte mică

(450kg/m3). Valorile obţinute la panourile din lemn de tei au fost puţin mai mari (0,08-0,09

W/mK) faţă de lemnul de molid (0,07-0,08 W/mK); valorile obţinute la lemnul matur (0,074

W/mK) au fost nesemnificativ mai mici decât la lemnul subţire (0,079 W/mK). Cel mai evident

rezultat din acest test este acela că lemnul tratat termic are un coeficient de conductivitate

termică () cu 6% (la tei) până la 13% (la molid) mai mic decât al lemnului netratat. Prin urmare.

rezultatele obţinute arată că prin termotratare conductivitatea termică a lemnului scade, iar

panourile realizate din frize termotratate au proprietăţi termoizolatoare superioare panourilor

realizate din frize netratate. Rezultatul este mai evident la panourile din molid decât la cele din

tei, la panourile din lemn matur decât la cele din lemn subţire.

Fig. 4.28 Coeficientul de conductivitate termică al panourilor realizate din

frize termotratate şi netratate din lemn de molid şi tei

60

4.3.2.6. Rezistenţa încleierii

Rezultatele determinărilor privind rezistenţa încleierii stabilite pe seturile de câte 18

epruvete debitate din panourile reconstituite din frize termotratate şi netratate din lemn de

molid şi tei sunt redate în Tabelul 4.21 şi ilustrate grafic in Fig 4.29.

Tabelul 4.21

Valorile medii ale rezisteţei încleierii

Tip panou Rezistenţa încleierii N/mm2

MM 2,87 0,44

NMM 3,99 0,59

MS 3,45 0,97

NMS 3,96 0,47

TM 3,66 0,80

NTM 3,81 0,58


Fig. 4.29 Valorile rezistenţei încleierii panourilor realizate

comparativ cu valoarea minim admisă

Analizând rezultatele obţinute se poate constata că toate valorile se încadrează în

cerinţele EN 13353:2004 (pentru expunere în mediu exterior). Se observă clar că rezistenţa

încleierii este mai slabă la panourile realizate din lemn tratat, fapt semnalat şi de alte surse din

literatura de specialitate (Thermowood Handbook 2003), dar totuşi valorile se situează chiar şi în

acest caz peste valoarea minim admisă. Comparând sortimentul matur cu cel subţire nu s-a putut

trage o concluzie unitară: în cazul lemnului tratat, sortimentul subţire a avut o rezistenţa cu

16,81% mai mare decât cel matur în timp ce la lemnul netratat situaţia s-a inversat. În ceea ce

priveşte cele două specii s-a constatat din nou comportamentul superior al lemnului de tei

termotratat, care a înregistrat o rezistenţă cu 21,52% mai bună decât lemnul de molid matur

tratat.

61

În ceea ce priveşte ruperea epruvetelor testate, putem afirma că aceasta s-a produs

exclusiv în lemn, de regulă în altă zonă decât în zona de încleiere (Fig. 4.30), iar ruperea s-a

realizat fără zgomot.

Fig. 4.30 Modul de rupere al epruvetelor testate

4.4. Concluzii

Cercetările teoretice efectuate ȋn cadrul prezentului capitol au permis stabilirea metodologiei

de cercetare experimentală respectiv:

stabilirea regimului de termotratare a frizelor din lemn de molid şi tei pentru panouri;

realizarea sau amenajarea standului necesar fiecărei încercări şi stabilirea numărului de

epruvete necesare;

stabilirea condiţiilor de lucru pe durata testării (ca, de exemplu, în cazul determinării

conductivităţii termice – stabilirea combinaţiilor de temperatură folosite pe masa Dr.

Bock sau în cazul testării rezistenţei încleierii – stabilirea condiţiilor de tratare prealabilă

a epruvetelor);

stabilirea relaţiilor de calcul pentru exprimarea cantitativă a efectului de stabilizare

dimensională, a abaterii de la planeitate şi a variaţiei de culoare.

Rezultatele experimentale obținute ȋn urma expunerii timp de trei luni ȋn condiții de exterior

ale panourilor permit formularea următoarelor concluzii:

termotratarea frizelor a condus la reducerea semnificativă a higroscopicităţii lemnului;

acest efect este vizibil din rezultatele privind absorbţia de apă, care după prima lună de

expunere a panourilor termotratate a fost cu 57,2% mai mică decât a celor netratate la

contactul direct cu precipitaţiile (pe terasa neacoperită) şi cu 60,2% mai mică pe terasa

acoperită;

termotratarea frizelor a condus la o semnificativă stabilizare dimensională a panourilor la

umflare, efect exprimat pe baza diferenţei dintre umflarea volumică medie la panourile

termotratate faţă de cele netratate (ecuaţia 4.3); s-au obţinut următoarele valori ale

coeficientului de stabilizare dimensională în volumul panoului: 84% pe terasa

neacoperită şi 99% pe terasa acoperită la panourile din lemn de molid respectiv 76% pe

terasa neacoperită şi 88% pe terasa acoperită la panourile din lemn de tei;

62

termotratarea frizelor a permis nu numai stabilizarea dimensională, ci şi stabilizarea

formei panourilor, efect susţinut de valorile mai mici ale abaterilor de la planeitate ale

panourilor termotratate; astfel, abaterile de la planeitate au fost cu pȃnă la 53% mai mici

ȋn cazul panourilor termotratate din lemn de molid matur, cu pȃnă la 72% pentru cele din

molid subțire şi pȃnă la 92% mai mici ȋn cazul panourilor din lemn de tei;

referitor la variația culorii sub efectul combinat al radiației UV şi al umidității din aer s-a

observat clar, chiar după prima lună de expunere, creşterea semnificativă a luminozității

(decolorarea) la panourile din frize termotratate, respectiv uşoara închidere la culoare

(valori negative ale ΔL*) a panourilor din frize netratate; variaţia totală a culorii (ΔE) la

panourile din frize termotratate expuse pe terasa acoperită a fost ΔE=3,2 la panourile din

lemn de molid matur, ΔE=1,4 la cele din molid subţire şi respectiv ΔE=3,4 la cele din

lemn de tei; în cazul panourilor expuse pe terasa neacoperită s-au înregistrat valori de 2-5

ori mai mari, respectiv: ΔE=5,9 la panourile din lemn de molid matur, ΔE=6,2 la cele din

molid subţire şi respectiv ΔE=9,8 la cele din lemn de tei; după trei luni de expunere atât

panourile din lemn termotratat de molid cȃt şi cele din lemn termotratat de tei şi-au

transformat culoarea din nuanța brun-ȋnchisă ȋntr-o nuanță gri-cenuşie; instabilitatea

culorii dovedită ȋn cadrul acestei cercetări demonstrează clar necesitatea aplicării unui

finisaj cu protecție UV atunci cȃnd lemnul termotratat este destinat utilizării ȋn condiții de

exterior;

testele privitoare la conductivitatea termică arată că panourile din frize termotratate au

coeficientul de conductivitate termică mai mic cu 9,5% şi deci proprietăţi termoizolatoare

uşor superioare panourilor realizate din frize netratate; valorile coeficientului de

conductivitate termică (λ) obținute pentru panourile cu grosime de 20mm realizate din

frize termotratate (λ=0,07 W/m∙grd pentru panourile din frize de molid şi 0,08 W/m∙grd

pentru panourile din frize de tei) sunt de aproximativ 2 ori mai mari decȃt la polistirenul

extrudat cu grosimea de 20 mm;

rezistența ȋncleierii la panourile realizate din frize termotratate este mai mică față de

panourile realizate din frize netratate: cu 28,07% în cazul panourilor din frize de molid

matur; cu 12,88% mai mică în cazul panourilor din frize de molid subțire şi cu numai

3,94% mai mici în cazul panourilor din frize de tei; la toate speciile testate, valorile

rezistenţei la forfecare a îmbinării încleiate se situează totuşi peste valoarea minim

admisă conform EN 13353:2004 pentru expunerea ȋn mediul exterior; cel mai bun

rezultat dintre cele trei sortimente termotratate s-a obţinut la panourile din lemn de tei, cu

o valoare de 3,66N/mm2.

63

Capitolul 5.

CONCLUZII. CONTRIBUŢII ORIGINALE. DISEMINAREA

REZULTATELOR. DIRECŢII VIITOARE DE CERCETARE

5.1. Concluzii

Prin testele realizate şi rezultatele obţinute teza răspunde obiectivului general stabilit,

acela de îmbunătăţire a unor proprietăţi ale panourilor reconstituite din lemn masiv prin

termotratarea elementelor constituente. Principalele proprietăţi vizate au fost stabilitatea

dimensională, planeitatea stabilitatea culorii, capacitatea de izolare termică şi rezistenţa încleierii

pentru a demonstra potenţialul de utilizare a acestor panouri în condiţii de exterior.

TESTELE INIŢIALE efectuate pe epruvete din lemn de molid, pin negru, fag, tei

matur şi subţire au arătat că:

● Pierderea de masă creşte o dată cu creşterea durităţii condiţiilor de termotratare:

• creşterea temperaturii de la 180°C la 200°C la aceeaşi durată (4h) a condus la creşterea

cu cca. 38% a pierderii de masă în cazul lemnului de molid, cu 36–40% la lemnul de pin, cu 25%

la lemnul de tei şi cu 18-20% la lemnul de fag; în ceea ce priveşte diferenţa între sortimentul

matur şi cel subţire, în cazul speciilor de răşinoase, sortimentul subţire a înregistrat valori cu 6%

(la pin) - 28% (la molid) mai mici decât sortimentul matur, în timp ce la speciile de foioase

situaţia este inversă, cu valori cu 17% (la tei) - 27% (la fag) mai mari la sortimentul subţire,

pentru lemn termotratat în aceleaşi condiţii (200°/4h);

• creşterea duratei de tratare de la 1h la 4h la aceeaşi temperatură (200°C) a condus la

creşterea cu 35–41% a pierderii de masă în cazul lemnului de molid, cu 36–39% la lemnul de

pin, cu 39–46% la lemnul de tei şi cu 33–41% la lemnul de fag, limita inferioară a intervalului

fiind întotdeauna înregistrată la lemnul matur.

Acest efect se datorează descompunerii hemicelulozelor, viteza de descompunere fiind

diferită de la o specie la alta din cauza compoziţiei chimice diferite. Testele efectuate în cadrul

acestei teze au arătat că degradarea se produce mai uşor la speciile de foioase, la care

cantitatea de hemiceluloze este mai mare şi mai instabilă decât la speciile de răşinoase (fapt

confirmat şi de Kamden 2002, Ferrari ş.a. 2013). Referitor la diferenţele dintre lemnul matur şi

lemnul subţire s-a constatat că pierderile de masă înregistrate de sortimentul subţire au fost mai

mici în cazul celor două specii de răşinoase şi mai mari în cazul celor două specii de foioase. Şi

de această dată, explicaţia este dată de compoziţia chimică diferită: lemnul juvenil din

compoziţia speciilor de foioase conţine o cantitate mai mare de hemiceluloze (glucoză, xiloză,

manoză, galactoză, arabinoză), ceea ce conduce la o degradare mai uşoară decât în cazul

64

lemnul matur (afirmaţie susţinută şi de Nazerian ş.a. 2011 în urma testelor efectuate cu furnire

de fag, arţar şi plop negru). Comportamentul opus la speciile de răşinoase, cu pierderi de masă

mai mici la sortimentul subţire este susţinut şi de Guler ş.a (2007) şi Bal (2014) în urma testelor

efectuate cu lemn matur şi juvenil de pin negru.

● Efectul de stabilizare dimensională al termotratării creşte proporţional cu pierderea de

masă (vezi Fig. 3.15).

Şi acest efect se datorează descompunerii hemicelulozelor care conferă de fapt

caracterul higroscopic lemnului, ele fiind puternic hidrofile.

● Comparând efectele condiţiilor de termotratare asupra stabilităţii dimensionale la

umflare (ASEv) a diferitelor specii şi sortimente analizate, s-a constatat că:

• lemnul de molid (atât sortimentul matur, cât şi cel subţire) s-a comportat foarte bine la

toate condiţiile de tratare, fiind complet lipsit de crăpături sau deformaţii după acest proces;

lemnul subţire de molid termotratat la 200°C/4h a avut stabilitatea dimensională mai mare în

direcţie radială, dar mai mică în direcţie tangenţială faţă de lemnul matur, astfel încât valorile

ASEv au rezultat egale: ASEv = 46%, rezultat echivalent cu o reducere la jumătate a umflării

volumice pentru ambele sortimente;

• lemnul de pin negru s-a pretat mai puţin tratamentului termic decât lemnul de molid. A

fost mai predispus la crăpare, iar efectul stabilizării dimensionale a fost mai redus decât în cazul

molidului, la aceeaşi pierdere de masă. Densitatea mai mare, prezenţa duramenului şi pungile de

răşină sunt considerate responsabile de acest comportament; sortimentul subţire a înregistrat

după termotratarea la 200°C/4h un coeficient de stabilizare dimensională puţin mai mare decât

lemnul matur (ASEv, PS = 40% faţă de ASEv, PM = 38%);

• rezultatele obţinute pe lemnul de tei au arătat că această specie este foarte potrivită

pentru termotratare; cu valoarea ASEv=59,3% probele de tei subţire termotratate la 200°C/4h au

înregistrat cel mai puternic efect de stabilizare dimensională dintre toate speciile lemnoase

testate; un alt aspect interesant observat la lemnul de tei termotratat a fost acela că raportul dintre

umflarea tangenţială şi cea radială a scăzut în mod semnificativ o dată cu creşterea durităţii

condiţiilor de termotratare, ceea ce înseamnă că teiul tratat termic are o mai bună stabilitate a

formei şi este mai puţin predispus la deformare decât lemnul de tei netratat;

• rezultatele de stabilizare dimensională obţinute pe lemnul de fag au fost, de asemenea,

bune; lemnul matur s-a comportat mai bine la termotratare decât lemnul subţire; stabilitatea

dimensională volumică la temperatura de 200°C după 6 ore a depăşit 55%, dar a fost corelată cu

o pierdere de masă mare, de 9,8%; la o pierdere de masă de 5%, ASEv, FM = 39,34%, comparabilă

cu cea a lemnului de molid matur.

65

● Referitor la influenţa condiţiilor de termotratare asupra culorii lemnului, s-a observat clar

că creşterea temperaturii şi a timpului de tratare conduc la intensificarea închiderii culorii.

Culoare modificată nesemnificativ s-a obţinut la toate speciile şi sortimentele tratate la 180°C,

indiferent de durată, ceea ce indică (în corelaţie şi cu valoarea foarte mică a pierderii de masă,

sub 2%) un tratament insuficient) la această valoare a temperaturii. Închidere semnificativă a

culorii s-a obţinut pentru toate sortimentele analizate în urma tratării la 200°C timp de minim 3h

(la tei începând chiar de la 2h), adică acele condiţii care au condus la pierderi de masă PM≈5%.

Corelaţia între culoare (exprimată atât prin mostre de culoare cât şi cantitativ cu ajutorul

coordonatelor L*a*b*) şi pierderea de masă corespunzătoare tratamentului care permite

obţinerea respectivei culori este prezentată în Fig. 3.18.

● Referitor la stabilitatea culorii lemnului termotratat, rezultatele obţinute arată că aceasta

este mult mai stabilă la speciile de răşinoase, în timp ce ambele specii de foioase tind să se

decoloreze rapid în urma expunerii la lumină (exemplu, în cazul lemnului de fag: ΔL*=3 după o

lună, ΔL*=6 după două luni, ΔL*=7 după trei luni, ΔL*=9 după patru luni, ΔL*=10 după cinci

luni şi ΔL*=12 după şase luni).

TESTELE EFECTUATE ulterior PE PANOURI din frize termotratate din lemn de

molid matur, molid subţire şi tei matur au arătat că:

● Termotratarea frizelor a condus la reducerea semnificativă a higroscopicităţii lemnului.

Acest efect este vizibil din rezultatele privind absorbţia de apă (Fig. 4.28-4.30), care după prima

lună de expunere a panourilor termotratate a fost cu 57,2% mai mică decât a celor netratate la

contactul direct cu precipitaţiile (pe terasa neacoperită) şi cu 60,2% mai mică pe terasa acoperită.

În ceea ce priveşte comparaţia între specii, la expunerea în contact cu apa (pe terasa neacoperită)

panourile din lemn de tei au înregistrat valori puţin mai mari ale umidităţii, atât la lemnul tratat

(10% faţă de 8% după 3 luni), cât şi la cel netratat (13% faţă de12% după 3 luni). În schimb, la

panourile expuse de terasa acoperită, situaţia s-a inversat, diferenţele fiind insă nesemnificative

(7,4% la molid faţă de 6,4% la tei tratat). Comparând cele două sortimente de lemn de molid

(matur vs. subţire) s-a constatat că panourile realizate din sortimentul subţire au înregistrat valori

cu 4-6% (nesemnificativ) mai mari decât la sortimentul matur.

● Termotratarea frizelor a condus la o semnificativă stabilizare dimensională a panourilor

la umflare, valorile coeficientului de umflare volumică a panoului fiind de 1,7 (la molid) până la

2,7 (la tei) ori mai mari la panourile netratate după prima lună de expunere şi de 6,2 (la molid)

până la 4,0 (la tei) ori mai mari după trei luni de expunere în condiţiile cele mai severe (pe terasa

neacoperită). Drept urmare, valorile coeficientului de stabilizare dimensională în volumul

66

panoului (ASEv) au înregistrat valori impresionante la toate cele trei sortimente (vezi Tabelul

4.12 şi Fig. 4.33-4.34): 84% pe terasa neacoperită şi 99% pe terasa acoperită la panourile din

lemn de molid, respectiv 76% pe terasa neacoperită şi 88% pe terasa acoperită la panourile din

lemn de tei. În ceea ce priveşte comparaţia între sortimentul matur şi cel subţire de molid, s-a

observat că umflarea sortimentului subţire este mai mare (aproape dublă) la sortimentul netratat

(NMS faţă de NMM), în timp ce la sortimentul tratat (MS faţă de MM) umflările au fost

comparabile. Aceasta demonstrează eficienţa termotratării la sortimentul subţire şi potenţialul

acestui material de a fi valorificat superior în cadrul acestor produse cu valoare adăugată.

● Termotratarea frizelor a permis nu numai stabilizarea dimensională, ci şi stabilizarea

formei panourilor, abaterile de la planeitate ale panourilor termotratate fiind de 1,1 (la molid)

până la 1,8 (la tei) ori mai mari la panourile netratate după prima lună de expunere şi de 1,4 (la

molid) până la 2,4 (la tei) ori mai mari după trei luni de expunere în condiţiile cele mai severe

(pe terasa neacoperită). Şi în acest caz se remarcă rezultatele mai bune obţinute în cazul

sortimentului subţire de molid: abateri de la planeitate cu până la 72% mai mici (faţă de 53% în

cazul panourilor din frize termotratate de molid matur)

● Referitor la variaţia culorii panourilor sub efectul combinat al radiaţiei UV şi al

umidităţii din aer s-a observat clar creşterea luminozităţii (decolorarea panourilor) chiar după

prima lună de expunere. Variaţia totală a culorii ΔE a fost de la 1,84 până la 4,49 de ori mai mică

în cazul panourilor termotratate şi de 3,69 până la 6,6 ori mai mică în cazul panourilor netratate

expuse pe terasa acoperită comparativ cu panourile expuse pe terasa neacoperită. După trei luni

de expunere atât panourile din lemn de molid cât şi cele din lemn de tei şi-au transformat

culoarea din nuanţa brun-închisă într-o nuanţă gri-cenuşie; instabilitatea culorii dovedită în

cadrul acestei cercetări demonstrează clar necesitatea aplicării unui finisaj cu protecţie UV atunci

când lemnul termotratat este destinat utilizării în condiţii de exterior.

● Testele privitoare la conductivitatea termică arată că panourile din frize termotratate au

coeficientul de conductivitate termică mai mic cu 9,5% şi deci proprietăţi termoizolatoare uşor

superioare panourilor realizate din frize netratate. Valorile coeficientului de conductivitate

termică (λ) obţinute pentru panourile cu grosime de 20mm realizate din frize termotratate

(λ=0,07 W/mK pentru panourile din frize de molid şi 0,08 W/mK pentru panourile din frize de

tei) sunt de aproximativ 2 ori mai mari decât ale plăcilor de polistiren extrudat cu aceeaşi

grosime.

● Rezistenţa încleierii la panourile realizate din frize termotratate este mai mică faţă de

panourile realizate din frize netratate: cu 28,07% în cazul panourilor din frize de molid matur, cu

12,88% mai mică în cazul panourilor din frize de molid subțire şi cu 3,94% mai mică în cazul

panourilor din frize de tei. Cu toate acestea, la toate panourile testate, valorile rezistenţei la

67

forfecare a îmbinării încleiate s-au situat totuşi peste valoarea minim admisă conform EN

13353:2004 pentru expunerea în mediul exterior. Cel mai bun rezultat dintre cele trei sortimente

termotratate s-a obţinut la panourile din lemn de tei, cu o valoare de 3,66N/mm2.

Analiza SWOT (Strenghts-Weaknesses-Opportunities-Threats) asupra panourilor pentru

utilizări de exterior realizate din frize de lemn masiv termotratate a permis evidenţierea

principalelor puncte forte, puncte slabe, oportunităţi şi ameninţări în ceea ce priveşte acest nou

produs propus şi studiat în prezenta teză de doctorat.

Comparativ cu panourile realizate din frize netratate, la panourile din frize termotratate s-au

stabilit următoarele:

Puncte forte (Strengths)

● scăderea higroscopicităţii lemnului, demonstrată pe baza variaţiei umidităţii panourilor expuse

pe durata a trei luni în condiţii de exterior: în contact direct cu precipitaţiile, acestea şi-au

modificat cu mai puţin de 1,5% umiditatea (variaţie între 8,05% şi 9,35%);

● îmbunătăţirea cu până la 99% a stabilităţii dimensionale, demonstrată cu ajutorul coeficienţilor

de umflare volumică, măsuraţi comparativ pe panouri din frize termotratate şi netratate, după

expunerea în mediu exterior;

● îmbunătăţirea cu până la 72% a stabilităţii de formă, demonstrată prin măsurarea comparativă

a abaterii de la planeitate pe panouri din frize termotratate şi netratate, după expunerea în mediu

exterior;

● reducerea cu până la 13% a conductivităţii termice a panourilor (echivalentă cu creşterea

capacităţii de izolare termică).

Puncte slabe (Weaknesses)

● scăderea rezistenţei încleierii cu cca. 60%;

● instabilitatea culorii atât sub influenţa singulară a razelor UV, cât şi sub influenţa combinată a

radiaţiilor UV şi precipitaţiilor.

Oportunităţi (Opportunities)

● transformarea lemnului dintr-un material destinat exclusiv utilizărilor de interior într-un

material adecvat utilizărilor de exterior;

● creşterea calităţii vieţii prin utilizarea unui material natural, fără adaos de substanţe chimice şi

estetic ca material de construcţii;

● valorificarea unei resurse secundare de masă lemnoasă (trunchiurile provenite din rărituri) cu

cost foarte scăzut, într-un produs cu valoare adăugată, ceea ce, pentru anumite regiuni

defavorizate ar putea constitui o nişă de dezvoltare economică.

68

Ameninţări (Threats)

● necesitatea aplicării unui finisaj cu protecţie UV atunci când lemnul termotratat este destinat

utilizării în condiţii de exterior;

● limitarea utilizării acestor panouri doar pentru placări, nu şi pentru elemente de rezistenţă;

● reţinerea utilizatorilor cu privire la durabilitatea în timp a acestui material în condiţiile folosirii

sale în condiţii de exterior.

5.2. Contribuții originale

Contribuţiile originale ale autorului se regăsesc în toate etapele de elaborare a lucrării.

Dintre cele mai importante pot fi amintite următoarele:

Sintetizarea datelor bibliografice privind stadiul actual cu privire la termotratarea

lemnului şi efectele acestui proces asupra proprietăţilor lemnului, obţinute în urma

cercetării bibliografice.

Elaborarea metodologiei cercetării experimentale.

Evaluarea efectelor tratamentului de modificare termică în mediu de aer la presiune

atmosferică asupra unor proprietăţi fizice (pierderea de masă, coeficienţii de umflare,

stabilitatea dimensională şi culoarea) ale lemnului matur şi subţire de diferite specii

indigene (molid, pin negru, tei şi fag), sub influenţa a diferiţi parametri de tratare

(temperatură şi durată), comparativ cu lemnul netratat.

Realizarea ecuaţiilor de regresie pentru toate speciile studiate (molid, pin negru, tei şi fag)

atȃt pentru sortimentul matur cȃt şi pentru cel subţire, în ceea ce priveşte corelaţia dintre:

pierderea de masă şi durata tratamentului termic; coeficientul de stabilitate dimensională

volumică (ASEv) şi pierderea de masă (PM).

Stabilirea regimurilor optime de termotratare pentru cele patru specii şi respectiv două

sortimente lemnoase.

Realizarea unor panouri reconstituite din lamele termotratate şi testarea principalelor

proprietăţi ale acestora (stabilitatea dimensională, planeitatea, stabilitatea culorii,

conductivitatea termică şi respectiv rezistenţa încleierii) comparativ cu panourile

reconstituite din lamele netratate, care le califică pentru utilizarea ca faţade şi pardoseli

de exterior.

Crearea unei baze de date valoroasă cu privire la proprietăţile panourilor din frize

termotratate din lemn de molid matur şi, în premieră, a celor din lemn de molid subţire şi

tei.

Analiza SWOT a noului produs.

69

5.3. Diseminarea rezultatelor

Pe parcursul celor trei ani de doctorat s-au elaborat 10 lucrări ştiinţifice, care au fost

publicate în reviste de specialitate și în buletinele unor conferințe de prestigiu în domeniul

ingineriei lemnului din ţară şi din străinătate, după cum urmează:

a) Lucrări publicate în reviste indexate ISI

Olărescu, C.M., Câmpean, M., Ispas, M., Cosereanu, C. (2014) “Effect of thermal

treatment on some properties of lime wood”. În European Journal of Wood and

Products 72(4):559-562.

Olărescu, C.M., Câmpean, M., Olărescu, A. (2014) “Dimensional Stabilization Of

Wood Originating From Small-Diameter Trees Through Heat Treatment”. În

BioResources 9(3):4844-4861.

b) Lucrări publicate în reviste BDI

Olărescu, C.M., Câmpean, M. (2012). “Effect of Heat Treatment Upon the

Dimensional Stability and Mass Loss of Black Pine and Spruce Wood Originating

From Mature Trees Vs. Thinnings”, În Pro Ligno 8(4):44-57.

Olărescu, C.M., Câmpean, M., Porojan, M. (2013). “ Effect of Heat Treatment

Upon the Compression Strength of Black Pine and Spruce – A Comparison

Between Wood Originating From Mature Trees Vs. Thinnings”. În Pro Ligno

9(2):50-61.

Olărescu, C.M., Câmpean, M. (2013). “Colour Variation of Heat-Treated Spruce

and Black Pine Wood as Consequence of Long-Time Exposure to Natural Light”.

În Materials, Methods and Technologies Vol. 7(2): 128-138.

Olărescu, C.M., Câmpean, M., Varodi, A. (2014). “Colour Variation and Shape

Stability of Solid Wood Panels Made of Heat-Treated Mature and Juvenile Spruce

Wood Strips”. În Pro Ligno 10(3):46-54.

c) Lucrări susţinute la conferinţe internaţionale cu referenţi ştiinţifici şi publicate în

buletinele acestora

Olărescu, C.M., Câmpean, M. (2013) “Colour Variation of Heat-Treated Beech

Wood as Consequence of Long-Time Exposure to Natural Light”. Proceedings of 9th

International Conference “WOOD SCIENCE AND ENGINEERING IN THE

THIRD MILLENIUM” - ICWSE 2013, 7-9 November, Braşov (Romania), pp. 932 –

938.

Olărescu, C.M., Câmpean, M. (2014) “Color Change – Mass Loss Correlation For

Heat-Treated Wood”. Proceedings of International Conferance on Innovation,

Technology transfer and Education, 3-5 February, Prague (Czech Republic), pp. 338-

345.

70

Bedelean, B., Olărescu, C.M., Câmpean, M. (2014) “Predicting the Compression

Strength Parallel to Grain of Heat Treated Wood Using Artificial Neural Networks: A

Preliminary Study”. Proceedings of the 57th International Convention of Wood

Science and Technology, 23 – 27 June, Zvolen (Slovakia).

Olărescu, C.M., Câmpean, M. Olărescu, A (2014). “Colour Change and Shape

Stability of Open-Air Exposed Solid Wood Panels Made From Heat-Treated Lime

Wood Strips”. În Proceedings of International Conference IAWS & Hardwood, 15-18

September, Sopron-Viena (Hungary-Austria), pp. 65 – 66.

5.4. Direcţii viitoare de cercetare

Implementarea tehnologiei de realizare a panourilor din elemente termotratate în

industrie.

Cercetări privind finisajele adecvate în vederea stabilizării culorii.

Cercetări comparative privind efectele termotratătrii asupra microstructurii (analiza SEM)

și a proprietăților fizico-mecanice ale lemnului de diferite specii în cazul tratării în

mediul de aer la presiune atmosferică față de procedeul Thermowood (în prezența

vaporilor supraîncălziți).

Testarea efectelor acestui procedeu de termotratare și asupra altor speciii neindustrializate

pȃnă în prezent (plop, salcie, arin, păr, castan, salcȃm) pentru a testa potențialul de

valorificare sub formă de produse cu valoare adaugată a acestora.

Testarea proprietăților de izolare fonică a panourilor din lemn termotratat cu potențial de

aplicație ca potențial de bariere de sunet pentru autostrăzi.

Utilizarea bazelor de date create în cadrul unor cercetări viitoare pentru evaluarea

proprietăţilor tehnologice ale acestor panouri reconstituite.

71

BIBLIOGRAFIE

1. Allegretti O, Brunetti M, Cuccui I, Ferrari S, Nocetti, M, și Terziev N (2012)

Thermo-vacuum modification of spruce (Picea abies Karst.) and fir (Abies alba Mill.)

Wood. BioResources 7(3):3656-3669.

2. Alén R, Kotilainen R, Zaman A (2002) Thermochemical behavior of Norway spruce

(Picea abies) at 180 - 225°C. Wood Science and Technology, 36: 163 – 17.

3. Bal BC și Bektaş I (2012) The effects of heat treatment on the physical properties of

juvenile wood and mature wood of Eucalyptus grandis. BioResources Vol. 7(4):5117-

5127.

4. Bal BC (2014) Some physical and mechanical properties of thermally modifie juvenile

and mature black pine wood. European Journal of Wood and Wood Products 72(1):61-

66.

5. Barboutis I, Vasileiov V, Mitani A și Kamperidou V (2011) Effects of short

time thermal treatment on some properties of lime wood. Pro Ligno 7(4): 39-49.

6. Barnett JR și Bonham V A (2004) Cellulose microfibril angle in the cell wall of wood

fibres. Biological Reviews 79(2):461-472.

7. Bobleter O, și Binder H (1980). Dynamic hydrothermal degradation of wood.

Holzforschung, 34, 48-51.

8. Bekhta P și Niemz P (2003) Effect of high temperature on the change in color,

dimensional stability and mechanical properties of spruce. Holzforschung 57(5):539-

546.

9. Beldeanu E (1999) Produse forestiere și studiul lemnului. Vol. I. Editura Universității

„Transilvania” din Brașov.

10. Boonstra M (2008) A two-stage thermal modification of wood. PhD. Thesis in Applied

Biological Sciences: Soil and Forest management. Henry Poincaré University-Nancy,

France.

11. Borrega M, și Kärenlampi PP (2008) Mechanical behavior of heat-treated spruce (Picea

abies) wood at constant moisture content and ambient humidity. Holz Roh Wekst 66:63

– 69.

12. Esteves B, Domingos I și Pereira H (2008) Pine wood modification by heat treatment in

air. BioResources 3(1):142-154.

13. Esteves B, Domingos I și Pereira H (2007a) Improvement of technoligical quality of

eucalypt wood by heat treatment in air at 170-200°C. For.Prod. J. 57(1/2):47-52.

14. Esteves B și Pereira H (2009) Wood modification by heat treatment: A Review.


72

15. Ferrari S, Cuccui I și Allegretti O (2013) Thermo-vacuum modification of some

European softwood and hardwood species treated at different conditions.


16. Gapare W J, Harthorn A, Kain D, Mathenson A C și Wu H X (2007) Inheritance of spiral

grain in the juvenile core of Pinus radiata D. Don. Canadian Journal of Forestry

Research 37(1):116-127.

17. Guler C, Copur Y, Akgul M și Buyuksari U (2007) Some chemical, physical

and mechanical properties of juvenile wood from Black Pine (Pinus nigra Arnold)

plantations. Journal of Applied Sciences 7(5):755-758.

18. Guller B (2012) Effects of heat treatment on density, dimensional stability and color of

Pinus nigra wood. African Journal of Biotechnology 11(9):2204-2209.

19. Gryc V, Vavrcik H și Horn K (2011) Density of juvenile and mature wood of selected

coniferous species. Journal of Forest Science 57(3):123-130.

20. Hillis W (1984) High temperature and chemical effects on wood stability. Part1.

General consideration . Wood Sci. Technol. 18:281-293.

21. Kaymakci I și Akyildiz MH (2011) Dimensional stability of heat treated scots pine and

oriental beech. ProLigno 7(4):32-38.

22. Kamden DP., Pizzi A şi Jermannaud A (2002) Durability of heat-treated wood. Holz als

Roh-und Werkstoff 60:1-6.

23. Kol HS (2010) Characteristics of heat-treated Turkish pine and fir wood after

ThermoWood processing. Journal of Environmental Biology, 31(6):1007-1011.

24. Kollmann F Şi Fengel D(1965) Changes in the Chemical Composition of Wood by Heat

Treatment. Holz als Roh- und Werkstoff 12: 461-468.

25. Korkut S, Akgϋ M și Dϋndar T (2008) The effects of heat treatment on some

technological properties of Scots pine (Pinus sylvestris L.) wood. Bioresour. Technol.

99:1861-1868.

26. Kotilainer R, Toivannen T și Alén R (2000) FTIR monitoring of chemical changes in

softwood during heating. J.Wood Chem. Technol. 20(3):307-320.

27. Leithoff H (2001). Thermisch behandeltes Holz–Verfahrensübersicht und

Anwendungsmöglichkeiten. Schweizerische Hochschule für die Holzwirtschaft, Biel.

28. Mazela B, Zakrzewski R, Grzeskowiak W, Cofta G și Bartkowiak M (2003) Preliminary

research on thebiological rezistance of thermally modified wood. Abstract of the First

European Conference on Wood Modification, Ghent, Belgia.

29. Militz H şi Mai C (2008) Holzvergütung. Sonstige Vergütungsverfahren. Wagenführ und

Scholz (Hrsg.) Taschenbuch der Holztechnik,. Carl Hanser Verlag, Fachbuchverlag

Leipzig, pp. 485-490.

73

30. Mitani A şi Barboutis I (2012) Assessment of colour changes and hygroscopic properties

of beech (Fagus sylvatica) wood after thermal modification. Proceedings 23rd

International scientific confernce Wood is good – with knowledge and technology to a

competitive forestry and wood technology sector, pp. 111-118.

31. Nazerian M, Ghalehno MD şi Kashkooli AB (2011) Effect of wood species, amount of

juvenile wood and heat treatment on mechanical and physical properties of laminated

veneer lumber. Journal of Applied Sciences 11:980-987.

32. Oelhafen, M. (2005) Untersuchungen der Eignung der thermischen Behandlung als

Methode zur Farbegalisierung von Holz mit fakultativem Farbkern. Hochschule für

Architektur, Bau und Holz HSB, Biel.

33. Olărescu A, Câmpean M, Gurău L (2011) Effect of heat treatment upon dimensional

stability, MOE and MOR of thin (Dmax=16 cm) sessile oak wood. ProLigno 7(4):29-38.

34. Olărescu, A.(2009) Valorificarea sustenabilă a lemnului din crengi. Editura Universității

Transilvania din Braşov.

35. Olărescu, C.M., Câmpean, M., Olărescu, A. (2014) Dimensional Stabilization Of Wood

Originating From Small-Diameter Trees Through Heat Treatment. În BioResources

9(3):4844-4861.

36. Rapp AO şi SAILER M (2001) Oil heat treatment of wood in Germany – State of the

art. Review on heat treatments of wood; Proceedings of Special Seminar held in Antibes,

Franța, pp.47-64.

37. Severo ETD, Calonego FW și Sansigolo CA (2012) Physical and chemical changes in

juvenile and mature woods of Pinus elliotti by thermal modification. Eur. J. Wood.

Prod. 70:741-747, DOI 101007/s00107-012-0611-1.

38. ThermoWood Handbook (2003). Finnish Thermowood Association.

39. Timar MC (2003) Ameliorarea lemnului. Editura Universităţii Transilvania din Braşov.

40. Tjeerdsma BF, Boonstra M și Militz H (1998) Thermal modification of non-durable

wood species 2. Improved wood properties of thermally treated wood. The

International Research Group on Wood Preservation. Document IRG/WP 98-40124. 10.

41. Watt MS, Kimberley MO, Harrington JJ, Riddell M J C, Cown D J și Moore JR (2013)

Differences in intra-tree variation in spiral grain angle for radiata pine. New Zealand

Journal of Forestry Science 43(12):1-8.

42. Viitaniemi P, Jämsä S și Viitanen H (1997) Method for improving biodegradation

resistance and dimensional stability of cellulosic products. United States Patent No.

5678324 (US005678324).

43. Wagenführ R (2008). Holzatlas. Fachbuchverlag Leipzig, Carl Hanser Verlag München-

Wien.

74

44. Wikberg H, Maunu S (2004) Characterisation of thermally modified hard and

softwoods by13CPMAS NMR. Carbohydr Polym. 58:461-466.

45. Zaman A, Alen R și Kotilainen R (2000) Thermal behavior of Pinus sylvestris and

Betula pendula at 200 - 230°C. Wood Fiber Sciency 32(2):138-143.

46. Zobel BJ și Sprague JR (1998) Juvenile Wood in Forest Trees. Springer-Verlag.

47. BS EN 323: 1993. Wood based panels. Determination of density.

48. BS EN 13353:2003 Solid wood panels (SWP) – Requirements.

49. DD CEN/TS 13354 : 2003. Solid wood panels – Bonding quality – Test method.

50. ENV 1995-1-1:1993 Eurocode 5 — Design of timber structures — Part 1-1: General rules

and rules for buildings.

51. ISO 4859 (1982). Lemn – Determinarea umflării tangențiale şi radiale.

52. ISO 4860 (1982). Lemn - Determinarea umflării volumice.

53. STAS 85/1-91 (1991). Determinarea umflarii.

54. http://files.kotisivukone.com/fr.thermowood.kotisivukone.com/tiedostot/productionstatistic

s2013.pdf

55. http://www.thermotreatedwood.com/Library/Market/Market%20for%20thermo-

treated%20wood.pdf

http://files.kotisivukone.com/fr.thermowood.kotisivukone.com/tiedostot/productionstatistics2013.pdf

http://files.kotisivukone.com/fr.thermowood.kotisivukone.com/tiedostot/productionstatistics2013.pdf

http://www.thermotreatedwood.com/Library/Market/Market%20for%20thermo-treated%20wood.pdf

http://www.thermotreatedwood.com/Library/Market/Market%20for%20thermo-treated%20wood.pdf

75

Scurt rezumat

Teza de doctorat intitulată Îmbunătăţirea unor proprietăţi ale panourilor reconstituite din

lemn masiv prin realizarea acestora din frize termotratate în vederea utilizării acestora în

condiţii de exterior abordează o temă de actualitate şi originală în domeniul ingineriei lemnului,

cu aplicabilitate directă în practica industrială.

Cercetările tezei s-au axat pe evaluarea efectelor tratamentului de modificare termică în

mediu de aer la presiune atmosferică asupra unor proprietăţi fizice (ale lemnului matur şi subţire)

de patru specii indigene diferite (molid, pin negru, tei şi fag) sub influenţa a diferiţi parametri

de tratare (temperatură şi durată), comparativ cu lemnul netratat. Ȋn urma acestor cercetări au fost

selectate două specii (molidul şi teiul) pentru continuarea experimentelor, care au vizat evaluarea

unor proprietăţi fundamentale ale panourilor reconstituite realizate din frize termotratate de

lemn masiv, comparativ cu panouri realizate din frize netratate. Au fost testate cinci proprietăţi

(stabilitatea dimensională şi de formă, stabilitatea culorii, conductivitatea termică şi rezistenţa

încleierii), considerate esenţiale pentru dovedirea potenţialului de utilizare a panourilor din frize

termotratate în condiţii de exterior, ca faţade şi pardoseli de exterior.

Recomandările formulate în urma rezultatelor obţinute prin aceste cercetări teoretice şi

experimentale bine fundamentate ştiinţific, pot fi aplicate imediat în practica industrială.

Short abstract

The PhD-Thesis entitled Improvement of some properties of solid wood panels made

from heat-treated wood strips for outdoor uses approaches a topical and original subject in the

field of wood engineering, with direct applicability in the industrial practice.

The research focused on evaluating the effects of heat treatment in air at atmospheric

pressure upon some physical properties (of mature and thin wood) from four different native

species (spruce, black pine, lime and beech), under the influence of various treatment parameters

(temperature and time), as compared with untreated wood. Following up the obtained results,

two species (spruce and lime) were selected for further experiments, which aimed at evaluating

some fundamental properties of solid wood panels made of heat-treated wood strips, compared

to panels made of untreated strips panels. Five properties (dimensional stability, shape stabiliity,

color stability, thermal conductivity and gluing strength) were tested in order to prove the

potential of solid wood panels made from heat-treated strips to be used outdoors, for exterior

claddings and floorings.

The recommendations formulated based on the results of this scientifically well-grounded

theoretical and experimental research, can be immediately applied in industrial practice.

76

CURRICULUM VITAE

INFORMAȚII PERSONALE

Nume şi prenume Olărescu (căs. Biliboc) Cristina Marinela

Adresă Str. Alunului, nr. 45, sat Podul Oltului, com.

Hărman, jud. Braşov

Telefon 0761824152

E-mail [email protected]

Data naşterii 29.09.1985

Sexul Feminin

EDUCAȚIE ȘI FORMARE

Perioada 01.10.2011 - prezent

Calificarea /Diploma obținută Studii doctorale postuniversitare

Numele şi tipul instituției de învățămȃnt Universitatea Transilvania din Braşov, Facultatea de

Ingineria Lemnului

Perioada 2009 - 2011

Calificarea /Diploma obținută Masterat: Structuri Avansate din Lemn si Tehnologii

Inovative (SALTI) / Diplomă de masterat


Ingineria Lemnului

Perioada 2005 – 2009

Calificarea /Diploma obținută Inginer / Diplomă de inginer. Programul de studii

Ingineria Produselor Finite din Lemn


Ingineria Lemnului

Perioada 2001 – 2005

Calificarea /Diploma obținută Diplomă de bacalaureat, specializarea Științe ale

naturii

Numele şi tipul instituției de învățămȃnt Grup Școlar Forestier, Curtea de Argeş

Aptitudini şi competențe personale

Activitatea de cercetare

Concretizată în 31 de articole ştiinţifice

publicate, dintre care 10 abordează subiecte pe

tema tezei de doctorat. Dintre acestea se

remarcă 2 articole în reviste cotate ISI şi 6

lucrări publicate în reviste BDI.

Competențe şi aptitudini de utilizare a

calculatorului

Microsoft Office (Word, Excel, Power Point),

Corel Photo Paint, Autocad (2D, 3D)

Aptitudini personale Seriozitate, punctualitate, corectitudine.

Pasiuni Realizare tablouri prin tehnica quilling

Limbi străine cunoscute Franceza, Engleza

77

CURRICULUM VITAE

PERSONAL INFORMATION

Name and surname Olărescu (căs. Biliboc) Cristina Marinela

Addres Str. Alunului, nr. 45, sat Podul Oltului, com.

Hărman, jud. Braşov

Mobile telephone 0761824152

E-mail [email protected]

Date of birth 29.09.1985

Gender Female

EDUCATION AND TRAINING

Dates 01.10.2011 - present

Qualificaion / Diploma Ph.D. studies

Name and type of institution Transilvania University of Braşov, Faculty of Wood

Engineering

Dates 2009 - 2011

Qualificaion / Diploma

Master studies: Advanced Wooden Structures and

Innovative Technologies

Master degree


Engineering

Dates 2005 – 2009

Qualificaion / Diploma

Undergraduate studies: Wood Products Engineering

and Design.

Engineer diploma


Engineering

Dates 2001 – 2005

Qualificaion / Diploma Highschool degree

Name and type of institution Forestry High-school, Curtea de Argeş

ABILITIES AND COMPETENCIES

Research activity

Materialized in 31 published scientific articles,

among which 10 are related to the PhD-Thesis.

Among these, 2 are published in ISI journals

and 6 in journal indexed by international

databases.

Computer use Microsoft Office (Word, Excel, Power Point),

Corel Photo Paint, Autocad (2D, 3D)

Personal features Serious, punctual, fair

Hobbies Quilling technique

Other language(s) French, English

Universitatea Transilvania din Brasovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...

Documents

Transcript of Universitatea Transilvania din Brasovold.unitbv.ro/Portals/31/Sustineri de...