Lämpömodifioidun puun mekaanisten ominaisuuksien tutkiminen

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia kuumavahakyllästetyn ja höyrylämpökäsitellyn puutavaran mekaanisia ominaisuuksia sekä vertailla eri koe-erien tuloksia. Työn toimeksiantajana toimi Mikpolis Oy, joka toimii Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulun alaisuudessa. Vahakyllästyskäsittelyt liittyivät päättyneeseen PUMOK-hankeparin jatkotutkimukseen ja höyrylämpökäsittelyt sisältyivät tammikuussa alkaneeseen lämpöpuun kehittämishankkeeseen.

Kaikki työssä käytetty koemateriaali tehtiin PUMOK-hankeparin aikana rakennetulla kuumakyllästyslaitteistolla. Mekaaniset testaukset suoritettiin materiaalitekniikan laboratorion laitteistoilla. Mekaanisiin testeihin kuului eri lujuus- ja kovuuskokeet sekä ruuvinpitävyys- ja kulutuksenkestokoe. Työssä käytettiin kahta vahatyyppiä. Koemateriaalina oli normaali mänty ja Thermo-D lämpökäsitelty puu. Käsittelyt tehtiin korkeammalla ja matalammalla käsittelylämpötilalla. Referenssimateriaaleina toimivat käsittelemätön mänty ja Thermo-D.

Mekaanisten testien tuloksista kävi ilmi, että SW-1800 -kynttilävaha soveltuu paremmin lujuutta, jäykkyyttä ja kulutuksenkestoa vaativiin sovellutuksiin. WARADUR OP -vahalla kovuusominaisuudet paranivat alemmalla käsittelylämpötilalla parhaiten. Thermo-D laadulla korkeampi käsittelylämpötila heikensi kummankin vahatyypin ominaisuuksia entisestään.

Höyrylämpökäsittelyssä koemateriaalina käytettiin hallikuivaa ja tuoretta sahatavaraa. Höyrylämpökäsittely suoritettiin kylläisen vesihöyryn paineen avulla. Vertailumateriaaliksi tehtiin perinteinen lämpökäsittely normaalissa ilmanpaineessa. Tuloksia verrattiin myös Thermo-D -materiaaliin.

Höyrykäsittelyllä iskulujuus lähes tuplaantui verrattuna Thermo-D -laatuun. Taivutuslujuuteen sillä ei ollut suurta vaikutusta. Hallikuivalla materiaalilla kimmokerroin kasvoi, mutta ei kuitenkaan merkittävästi.

The objective of this thesis was to research the mechanical properties of hot wax- saturated and steam heat- treated wood, and to compare different sample lots with each other. This thesis was commissioned by Mikpolis Oy, which is a part of the South-Eastern Finland University of Applied Sciences. Wax treatments are a follow-up research for the already finished PUMOK-projects. Steam heat- treatments are part of a project where the goal is to improve the properties of thermally modified wood.

Test materials used in this thesis were made with a hot saturation apparatus, which was designed and manufactured during the PUMOK-project. Mechanical tests were performed in the material technology laboratory and included strength, hardness, screw withdrawal and abrasion testing. Two different wax types were used. Both the wax test and reference materials were normal pine and Thermo-D. High and lower treating temperatures were used.

Results of the mechanical tests showed that SW-1800 candle wax is more suitable for applications where strength, stiffness and abrasion resistance are needed. WARADUR® OP wax had the best hardness properties when the treatment temperature was lower. A higher treatment temperature reduced the properties of Thermo-D in the case of both wax types.

In steam heat-treatment, the test material was made out of hall dry and fresh pinewood. The steam heat- treatment was performed under saturated steam pressure. For the sake of comparison, normal heat treatment was performed. Results were also compared for the previous tested Thermo-D.

In steam heat-treatment the impact strength almost doubled for compared to the Thermo-D. Bending strength stayed in the same level. In hall dry sample lot the stiffness showed some increase.