Wood: Solid wood and wood-based composites CHEM-C2110 Materiaalitekniikan teolliset prosessit Prof. Lauri Rautkari 09.05.2016
Oppimistavoitteet Tunteen Suomen puutuoteteollisuuden perusteet Tuntee tärkeimmät puutuotteet Tuntee puutuotteiden valmistusmenetelmien perusteet Tuntee puun modifioinnin perusteet 10.5.2016 2
Tärkeimmät puutuotteet
4 Suomen merkittävimmät vientituotteet Paperi ja kartonki Sahatavara 1. 4. 5. 6,8 mrd. EUR 1,5 mrd. EUR Selluloosa 1,4 mrd. EUR 2. Dieselpolttoaineet 5.8 mrd. EUR 3. Ruostumattomat teräslevyt 2,1 mrd. EUR 6. Sähkögeneraattorit ja moottorit 1,4 mrd. EUR Kuva ABB 7. Erikoiskoneet ja laitteet 1,2 mrd. EUR Kuva Planmeca 8. Moottoriajoneuvot henkilökuljetuksiin 1,1 mrd. EUR Kuva Valmet Automotive 9. Sähkömuuntajat ja taajuusmuuntajat 1,0 mrd. EUR 10. Nostamis- ja lastaamiskonee t 0,9 mrd. EUR 7.4.2015 LÄHDE: Tulli, SITC3-luokitus
Metsäteollisuus Suomen kansantaloudessa 2009 2010 2011 2012 2013 Osuus tehdasteollisuuden työllisyydestä, % a Puutuoteteollisuus* 9,3 9,6 9,8 9,1 9,0 Massa- ja paperiteollisuus 6,2 6,3 6,1 5,7 5,9 Metsäteollisuus yhteensä* 15,6 15,9 15,8 14,8 14,9 Osuus tehdasteollisuuden tuotannon bruttoarvosta, % b Puutuoteteollisuus* 5,8 6,2 5,9 6,0 5,9 Massa- ja paperiteollisuus 11,2 13,0 12,1 11,6 12,1 Metsäteollisuus yhteensä* 17,0 19,2 18,0 17,6 18,0 Osuus viennistä, % c Puutuoteteollisuus* 4,0 4,1 4,0 4,0 4,4 Massa- ja paperiteollisuus 15,6 16,4 15,8 15,5 15,9 Metsäteollisuus yhteensä* 19,6 20,5 19,8 19,4 20,3 a työllisyys Kansantalouden tilinpidon mukaan, 2013 tiedot julkaistu heinäkuussa 2014 b vuoden 2013 julkaistu joulukuussa 2014, Alueellinen yritystoimintatilasto c Tullihallitus: CN-luokittelulla * ml. huonekaluteollisuus 10.2.2015 LÄHDE: Tilastokeskus, Tulli
Puun hinnat: Kuitupuu vs. Tukkipuu 10.5.2016 6
Puulevyjen viennin määrä ja arvo 1 800 1000 m 3 Milj. 900 1 600 Lastu- ja kuitulevy 800 1 400 Vaneri 700 2014 Puulevyt -Vaneri Vienti 1 200 600 1000 m 3 1 065 998 Muutos% 8 % 8 % 1 000 500 Puulevyjen viennin arvo yhteensä 800 400 Mlj. EUR 581 Muutos% 10 % 600 300 400 200 200 100 0 0 14.4.2015 LÄHDE: Tullihallitus
10.5.2016 8
Suomen puutuoteteollisuus 9 10.5.2016
? Tukki
Tuotteet Sahatavara Liimapuu CLT LVL Vaneri Lastulevy OSB MDF 10.5.2016 11
Miksi erilaisia puutuotteita?
Puun rakenne Puun syiden suuntainen vetolujuus on yleensä 10-20-kertainen verrattuna puun lujuuteen kohtisuoraan syitä vastaan Kutistuminen / turpoaminen T ~10% R ~5% L < 0.1% 10.5.2016 13
Sahatavara
Sahatessa puolet sahatavaraksi 10.5.2016 15
10.5.2016 16
10.5.2016 17
https://www.youtube.com/watch?v=fp6us7xomyw 10.5.2016 18
Vaneri
10.5.2016 20
10.5.2016 21
https://www.youtube.com/watch?v=yt2rmu2omrs 10.5.2016 22
CLT Cross Laminated Timber
CLT Cross Laminated Timber https://www.youtube.com/watch?v=4vvrvut1lxw 10.5.2016 24
Muut puupohjaiset levyt
Lastulevy Largest production volume worldwide Manufactured from particles of wood that have been chipped from larger pieces of wood Chips typically have dimensions of several millimetres or 10s of millimetres Usually bonded with Urea Formaldehyde (UF) resins, or resins fortified with melamine to make them more moisture resistant (MUF) Mainly used for furniture, worktops, DIY, flooring, roofing and general construction Particleboard density typically in the region of 650-750 kg/m 3 10.5.2016 26
MDF (Medium Density Fiber board) First made when fibre produced for wet formed hardboard was processed as particleboard Good machining and strength properties ensured that MDF rapidly became popular Technical developments such as blowline blending in the 1980 s spurred production Competition with particleboard manufacture has led to developments in both sectors 10.5.2016 27
OSB (Oriented Strand Board) Engineered wood product manufactured from strands of wood several centimetres in length and width Strands are oriented in a similar manner to plywood Bonded with durable waterproof resins such as phenol formaldehyde or MDI Used for construction, sheathing, flooring, internal walls, roof decking, hoarding, shop-fitting, furniture and agricultural buildings. 10.5.2016 28
Puun modifiointi
Why modify wood? Increased demand for high quality wood Wood absorbs / desorbs water Dimensional instability Changes in mechanical properties Wood decay: Fungal, Bacterial, Insects, UV light Mechanical abrasion Wood burns Aesthetic reasons
Wood modification in brief (Source: Emil Engelund Thybring, http://www.ifb.ethz.ch/woodmaterialsscience/people/emilt) Laitoksen nimi 10.5.2016 31
Asetylointi 10.5.2016 Prof. Lauri Rautkari 32
Asetylointi Video: http://www.youtube.com/watch?v=awtlcyyrm8c 10.5.2016 Department of Forest Products Technology 33
Thermal modification Probably oldest and most commercialised wood modification technology Reconstruction of stone age hut (6000 BC) thermally modified poles
Principles of thermal modification There are several ways in which the modification can be undertaken and this leads to a variety of process variables that need to be considered. These include: The temperature of treatment The duration of treatment The treatment atmosphere Whether is it a closed or open system Wood species Wet or dry Sample dimensions The use of catalysts
Normal pressure ThermoWood process Modification temperature 180-210 C Modification time 2-4 h
ThermoWood properties Improves: Durability Dimensional stability - 70% Reduces: MOE (5-20%) MOR (10-20%) Hardness (0-10%) Impact strength (30-80%)
10.5.2016 38