Forest Knowledge Know how Well being Puusta parempaa mäntyöljyllä Veikko Möttönen METLA Itä Suomen alueyksikkö Joensuu Email veikko.mottonen@metla.fi
Tausta Ensiharvennuksista tulevan pieniläpimittaisen puutavaran (Ø 80 150 mm) tarjonta ja käyttö on lisääntynyt puutuoteteollisuudessa Pieniläpimittaista puutavaraa voidaan käyttää mm. huonekalukomponenteissa, kuormalavoissa sekä piha ja puutarharakentamisen kohteissa (esim. aitatolpat) l d ll k k k l Tarvitaan uusia taloudellisesti järkeviä korkealaatuisia pieniläpimittaisesta raaka aineesta valmistettavia puutuotteita
Tausta Myös painekyllästykselle (CCA, CC ja C kyllästeet) tarvitaan ympäristöystävällisiä vaihtoehtoja Mäntyöljy (engl. Pine oil tai tall oil ) on yksi potentiaalinen luontainen puunsuoja aineiden ryhmä Mäntyöljykoostumuksia (esim. viskositeetti) voidaan muunnella ja öljy voidaan toimittaa puuhun monilla tavoilla Mäntyöljykäsittelyn vaikutuksesta puun mekaaniseen kestävyyteen ei ole olemassa tutkimustietoa mäntyöljykäsittely tehdään korkeassa lämpötilassa jossa puutavara samalla kuivataan
Kuvat: Metla, www.ekopine.fi Tausta
Tavoitteet Tutkimuksen tavoitteina oli tutkia pieniläpimittaisesta puutavarasta valmistettujen ja eri tavoin lahonsuojattujen tuotteiden: 1. Lujuusominaisuuksia ja niiden ennustamista 2. Halkeiluherkkyyttä säärasituksessa 3. Vedenhylkivyyttä
Materiaali Pieniläpimittainen (80 150 mm) harvennusmänty
Materiaali Ydinkeskeiset sahatolpat 50 x 50 mm ja 100 x 100 mm
Materiaali Sorvitolpat läpimitaltaan 80 ja 120 mm
Puunsuojausmenetelmät Käsittelyt lujuustesteihin 1. Mäntyöljykyllästys alhainen viskositeetti 2. Mäntyöljykyllästys korkea viskositeetti 3. AB luokan painekyllästys kuparikyllästeellä 4. Käsittelemätön puu Kaksi alaryhmää 1. Suoraan taivutustestiin 2. Taivutustestit säärasitustestin jälkeen Säärasitustesti: 1 vaihe: T 10 C, RH 95 %, 36 t 2 vaihe: T 40 C, RH 15 %, 12 t Yht. 7 sykliä = 14 vrk
Lujuustestit Taivutuskimmokertoimen ja lujuuden mittaus 4 pistetaivutuksena standardin EN 408 mukaan Testikappaleita taivutettiin Testikappaleita taivutettiin symmetrisesti neljän tukipisteen avulla
Taivutusmurtolujuus (MOR): af f m = 2 W max Lujuustestit Ti Taivutuskimmokerroin k i (MOE): l ( F ) 2 - F1 3a a 3 [ ( ) ( ) ] ( w w ) 4 l l 3 E m, g = 3 bh 2-1 - l Tolppien murtumisen syyn luokittelu Oksat Halkeilu Poikkeava syysuunta
Globaali kimmokerroin MOE Sahatolpat Sorvitolpat 14000 14000 12000 12000 MOE, MP Pa 10000 8000 6000 4000 2000 0 Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen Mäntyöljy 1 Mäntyöljy 2 Painekyllästys Käsittelemätön MOE, MP Pa 10000 8000 6000 4000 2000 0 Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen Mäntyöljy 1 Mäntyöljy 2 Painekyllästys Käsittelemätön Sahatolpat 50 x 50 Sahatolpat 100 x 100 Sorvitolpat 80 mm Sorvitolpat 120 mm Sahatolppien jäykkyys oli selvästi suurempi kuin sorvitolppien Säärasitustestin vaikutus jäykkyyteen näkyi vain 50 x 50 mm sahatolpissa
Taivutusmurtolujuus MOR Sahatolpat Sorvitolpat MOR, MP Pa 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen 90 80 70 60 Mäntyöljy 1 50 40 Mäntyöljy 2 30 Painekyllästys 20 Käsittelemätön 10 0 MOR, MP Pa Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen Ilman sääkoetta Sääkokeen jälkeen Mäntyöljy 1 Mäntyöljy 2 Painekyllästys Käsittelemätön Sahatolpat 50 x 50 Sahatolpat 100 x 100 Sorvitolpat 80 mm Sorvitolpat 120 mm Sahatolpilla mäntyöljykäsittely heikensi murtolujuutta 8 31 % (50 mm) ja 3 23 % (100 mm) käsittelemättömiin tolppiin verrattuna Sorvitolpilla mäntyöljykäsittely heikensi murtolujuutta 3 35 % (80 mm) ja 9 43 % (120 mm) käsittelemättömiin tolppiin verrattuna
Murtuman syy Oksat olivat pääasiallinen murtuman syy kaikissa käsittelyissä ja molemmilla tolppatyypeillä Säärastustestin jälkeen kuivumishalkeamista ja poikkeavasta syysuunnasta johtuva murtuminen lisääntyi sahatolpissa Sorvitolpissa säärasitustesti ei vaikuttanut murtuman syihin
Veden absorptio upotuskokeessa Käsittelyt veden absorptiotesteihin (liimapalkit) 1. Mäntyöljykyllästys, raakaaine mäntyä 2. AB luokan painekyllästys kuparikyllästeellä, raaka aine mäntyä 3. Käsittelemättömät, raakaaine kuusta
Vesiabsorptiokoe veden imeytyminen (8 viikkoa) ja kappaleiden kuivuminen Kosteu ussuhde, % 80 70 60 50 40 30 20 10 Käsittelemätön Painekyllästys Mäntyöjlykyllästys 0 5.4. 5.5. 4.6. 4.7. 3.8. 2.9. 2.10. 1.11. Päivämäärä Mäntyöljykyllästetyt liimapalkit imivät vettä selvästi vähemmän kuin painekyllästetyt tai kyllästämättömät Max kosteussuhde: mäntyöljy 22,7 %, painekyllästetty 71,0 % käsittelemätön 58,4 % Upotuksen jälkeen mäntyöljykyllästetyt myös kuivuivat nopeasti alle ae20 % kosteussuhteen
Dynaaminen kimmokerroin äänennopeuden mittaus Äänennopeuden mittaus Kahden mittauksen keskiarvona Director HM200 -laitteella Tolppien dynaaminen kimmokerroin (E dyn ) laskettiin kaavalla:
f m [MPa] f m [M MPa] f m [MPa] Murtolujuuden ja jäykkyyden arvioiminen äänennopeuden avulla 110 Painekyllästys 100 90 80 70 60 50 40 30 7000 9000 11000 13000 15000 17000 E dyn [MPa] 90 80 70 60 50 40 Käsittelemätön 1 Käsittelemätön 2 30 7000 9000 11000 13000 15000 17000 80 Mäntyöljy 1a Mäntyöljy 1b 70 Mäntyöljy 2 60 50 40 E dyn [MPa] E m,g [MPa] MPa] E m,g [ E m,g [MPa] 10000 Painekyllästys 9000 8000 7000 6000 5000 7000 9000 11000 13000 15000 17000 10000 9000 8000 7000 6000 E dyn [MPa] Käsittelemätön 1 Käsittelemätön 2 5000 7000 9000 11000 13000 15000 17000 E dyn [MPa] 10000 Mäntyöljy 1a Mäntyöljy 1b 9000 Mäntyöljy 2 8000 7000 6000 Äänennopeuden perusteella määritetty dynaaminen kimmokerroin korreloi selvästi murtolujuuden kanssa muissa paitsi painekyllästetyissä tolpissa Dynaaminen kimmokerroin korreloi selvästi staattisen kimmokertoimen kanssa muissa paitsi painekyllästetyissä tolpissa 30 7000 9000 11000 13000 15000 17000 E dyn [MPa] 5000 7000 9000 11000 13000 15000 17000 E dyn [MPa]
Päätelmät Mäntyöljykäsittely yheikentää tolppien lujuutta, koska käsittely tehdään korkeassa lämpötilassa ja voimakkaan kuivumisen i seurauksena materiaalissa esiintyy halkeilua => haurastuminen (vrt. lämpöpuu) Pienpuu murtuu lähes poikkeuksetta oksan tai oksaryhmän kohdalta => lujuusluokittelun tulisi perustua oksaisuustunnuksiin
Päätelmät Mäntyöljykäsittely lisää puun vedenhylkivyyttä huomattavasti verrattuna käsittelemättömään tai painekyllästettyyn puuhun Jos puukappaleen päät on suojattu, pysyy mäntyöljykyllästetty puu märissäkin äi äki olosuhteissa niin kuivana, että lahottajasienten kasvu ei ole mahdollista Äänennopeuden avulla ennustettu jäykkyys soveltuu kohtalaisenhyvin hyvin pienpuusta valmistettujentolppien tolppien lujuuden arvioimiseen
Forest KNOWLEDGE Know how Well-being Thank you 9/3/2012