i
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TERMO-VİBRO-MEKANİK (TVM) İŞLEM GÖRMÜŞ BAZI AĞAÇ
MALZEMELERİN FİZİKSEL, MEKANİK VE TEKNOLOJİK
ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ
Süleyman ŞENOL
DOKTORA TEZİ
KOMPOZİT MALZEME TEKNOLOJİLERİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN
Prof. Dr. Mehmet BUDAKÇI
ii
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
TERMO-VİBRO-MEKANİK (TVM) İŞLEM GÖRMÜŞ BAZI AĞAÇ
MALZEMELERİN FİZİKSEL, MEKANİK VE TEKNOLOJİK
ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ
Süleyman ŞENOL tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kompozit Malzeme Teknolojileri Anabilim Dalı’nda DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Tez Danışmanı
Prof. Dr. Mehmet BUDAKÇI Düzce Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Prof. Dr. Mehmet BUDAKÇI
Düzce Üniversitesi (Danışman) _____________________ Prof.Dr.Abdullah SÖNMEZ
Gazi Üniversitesi _____________________ Doç.Dr.Derya Sevim KORKUT
Düzce Üniversitesi _____________________ Dr.Öğr.Üyesi A.Cemil İLÇE
Abant İzzet Baysal Üniversitesi _____________________ Dr.Öğr.Üyesi Hüseyin PELİT
Düzce Üniversitesi _____________________
iii
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
10 Mayıs 2018
iv
TEŞEKKÜR
Doktora öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Prof. Dr. Mehmet BUDAKÇI’ya en içten dileklerimle teşekkür ederim.
Çalışmam süresince sağlığı elverdiği ölçüde her türlü konuda destek olan Kastamonu Üniversitesi, Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Merhum Prof.Dr. Mehmet Hakan AKYILDIZ’a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Hiçbir zaman yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen sevgili aileme ve çalışma arkadaşlarıma sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Bu tez çalışması, “TÜBİTAK-3001 Başlangıç Ar-Ge Projeleri Destekleme Programı” kapsamında 115O138 Proje Numarası ile desteklenmiştir.
V
İÇİNDEKİLER
Sayfa No BEYAN ... III TEŞEKKÜR ... IV İÇİNDEKİLER ... V ŞEKİL LİSTESİ ... VIII ÇİZELGE LİSTESİ ... X KISALTMALAR ... XVI SİMGELER ... XVII ÖZET ... XVIII ABSTRACT ... XIX EXTENDED ABSTRACT ... XX 1. GİRİŞ ... 1 2. GENEL BILGILER ... 42.1. AĞAÇ MALZEMENİN YOĞUNLAŞTIRILMASI ... 4
2.1.1. Yoğunlaştırmada Tarihsel Süreç ... 4
2.1.2. Yoğunlaştırmada Kullanılan Mekanik Odun Modifikasyon Metotları .. 6
2.1.2.1. Termo-Mekanik (TM) Yoğunlaştırma ... 7
2.1.2.2. Termo-Higro-Mekanik (THM) Yoğunlaştırma ... 8
2.1.2.3. Viskoelastik-Termal-Sıkıştırma (VTC) Yoğunlaştırma ... 9
2.1.2.4 Quintus Preste Yarı-Izostatik (Semi-Isostatic) Yoğunlaştırma (CaLignum) ... 10
2.1.3. Ağaç Malzemede Yoğunluk ve Yoğunluğu Etkileyen Faktörler ... 11
2.1.3.1. Yıllık Halka Genişliği ... 11
2.1.3.2. Ağaçta Bulunduğu Bölge ... 12
2.1.3.3. Hava Boşluğu Oranı (Porozite) ... 12
2.1.3.4. Reaksiyon Odunu ... 13
2.1.3.5. Su Miktarı ... 13
2.2. AĞAÇ MALZEME ... 13
2.2.1. Uludağ Göknarı (Abies Bornmülleriana Mattf.) ... 13
VI
3. LİTERATÜR ÖZETİ ... 16
4. MALZEME VE YÖNTEM ... 21
4.1. TERMO-VİBRO-MEKANİK (TVM) YOĞUNLAŞTIRMA PRESİ ... 21
4.2. AĞAÇ MALZEME ... 25
4.3. TVM YOĞUNLAŞTIRMA İŞLEMİ ... 27
4.4. DENEY ÖRNEKLERİNİN ÖLÇÜLENDİRİLMESİ ... 28
4.5. TAM KURU YOĞUNLUĞUN BELİRLENMESİ ... 29
4.6. EĞİLME DİRENCİ VE EĞİLMEDE ELASTİKİYET MODÜLÜNÜN BELİRLENMESİ ... 29
4.7. LİFLERE PARALEL BASINÇ DİRENCİNİN BELİRLENMESİ ... 31
4.8. RADYAL VE TEĞET SIKIŞTIRMA YÖNÜ ŞİŞME ORANININ BELİRLENMESİ ... 33
4.9. BRİNELL SERTLİĞİN BELİRLENMESİ ... 34
4.10. YÜZEY PARLAKLIĞININ VE RENK DEĞİŞİMİNİN BELİRLENMESİ ... 35
4.11. AŞINMA DİRENCİNİN BELİRLENMESİ ... 37
4.12. YAPIŞMA DİRENCİNİN BELİRLENMESİ ... 38
4.13. TARAMALI ELEKTRON MİKROSKOBU (SEM) ANALİZİ ... 39
4.14. FOURİER TRANSFORM INFRARED (FT-IR) SPEKTROSKOPİ ANALİZİ ... 40
4.15. VERİLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ ... 40
5. BULGULAR ... 41
5.1. YOĞUNLUK ... 41
5.2. EĞİLME DİRENCİ ... 54
5.3. EĞİLMEDE ELASTİKİYET MODÜLÜ ... 75
5.4. LİFLERE PARALEL BASINÇ DİRENCİ ... 95
5.5. RADYAL VE TEĞET SIKIŞTIRMA YÖNÜNDEKİ ŞİŞME ORANI ... 114
5.6. BRİNELL SERTLİK ... 130
5.7. PARLAKLIK ... 146
5.8. RENK ... 163
5.9. AŞINMA DİRENCİ ... 183
5.10. YAPIŞMA DİRENCİ ... 204
5.11. TARAMALI ELEKTRON MİKROSKOBU (SEM) ANALİZİ ... 221
5.12. FOURIER TRANSFORM INFRARED (FT-IR) SPEKTROSKOPI ... 231
VII
6.1. YOĞUNLUK ... 237
6.2. EĞİLME DİRENCİ ... 238
6.3. EĞİLMEDE ELASTİKİYET MODÜLÜ ... 239
6.4. LİFLERE PARALEL BASINÇ DİRENCİ ... 241
6.5. RADYAL VE TEĞET SIKIŞTIRMA YÖNÜNDEKİ ŞİŞME ORANI ... 242
6.6. BRİNELL SERTLİK ... 244 6.7. PARLAKLIK ... 245 6.8. RENK ... 247 6.9. AŞINMA DİRENCİ ... 248 6.10. YAPIŞMA DİRENCİ ... 249 7. KAYNAKLAR ... 252 8. EKLER ... 261
EK 1: MAKINE TEKNIK RESIMLERI ... 261
EK 2: KALIBRASYON SERTIFIKASI ... 288
EK 3: BASINÇ HESAP TABLOSU ... 291
EK 4: DENEME DESENI ... 292
VIII
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No Şekil 2.1. Sıkıştırılarak yoğunlaştırılmış ahşap malzemede oluşan geri esneme
(spring-back). ... 6
Şekil 2.2. TM yoğunlaştırma işlemi ile yoğunlaştırılmış ağaç malzemenin hücre yapısında meydana gelen deformasyon (kırılma, çatlama v.b.)... 8
Şekil 2.3. THM yoğunlaştırma işleminde kullanılan kapalı sistem presin şematik görünümü. ... 8
Şekil 2.4. (Sol) Melez kavak ağacının doğal haldeki görünüşü ve (Sağ) VTC ile yoğunlaştırılmış haldeki görünüşü... 10
Şekil 2.5. Quintus preste yarı-izostatik (CaLignum) yoğunlaştırılmış Sarıçam (Pinus sylvestris L.)’ın yoğunlaştırma öncesi ve sonrası görünümü. ... 11
Şekil 4.1. TVM yoğunlaştırma presi tasarımı. ... 21
Şekil 4.2. TVM yoğunlaştırma pres gövdesi. ... 22
Şekil 4.3. Yatay bilyeli (rulman) alt tabla. ... 22
Şekil 4.4. TVM yoğunlaştırma presi üretim aşamaları ve presin son hali. ... 23
Şekil 4.5. Örneklerin taslak olarak ölçülendirme işlemleri. ... 25
Şekil 4.6. Taslak örneklerin iklimlendirilmesi. ... 26
Şekil 4.7. Örneklerin renklendirme ve emprenye işlemi. ... 26
Şekil 4.8. TVM yoğunlaştırma presi çalışma prensibi ve TVM yoğunlaştırma işlemi. . 27
Şekil 4.9. TVM yoğunlaştırma işlemi sonrası örneklerin basınç altında soğutulması. .. 28
Şekil 4.10. Örneklerin tam kuru hale getirilmesi ve ölçüm işlemi. ... 29
Şekil 4.11. Statik eğilme direnci testi. ... 30
Şekil 4.12. Liflere paralel basınç direnci testi. ... 32
Şekil 4.13. Deney örneklerinin su içerisinde bekletilmesi. ... 33
Şekil 4.14. Brinell sertlik testi . ... 34
Şekil 4.15. Brinell sertlik deneyi ve çukur çaplarının ölçülmesi. ... 35
Şekil 4.16. BYK–Gardner Spektro-Guide 45/0 renk ve parlaklık cihazı ile ölçümü. .... 36
Şekil 4.17. BYK Gardner Spektro-guide 45/0 ölçüm prensibi ve CIEL*a*b* renk alanı. ... 36
Şekil 4.18. Deney örneklerinin Aşınma direnci testi. ... 37
Şekil 4.19. Deney örneklerinin yapışma direnci testi. ... 38
Şekil 4.20. Denton Vacuum Desk V makinası ile örnek yüzeylerinin altın metali ile kaplanması. ... 39
Şekil 4.21. Taramalı Elektron Mikroskobu ile görüntü alınması (SEM). ... 40
Şekil 4.22. Fourier transform infrared (FT-IR) spektroskopi. ... 40
Şekil 5.1. Kontrol (işlemsiz) göknarda SEM görüntüsü. ... .221
Şekil 5.2.100 0C sıcaklık, 0,6 MPa basınç ve 20 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 221
Şekil 5.3.120°C sıcaklık, 0,6 MPa basınç ve 100 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 222
Şekil 5.4. 140 °C sıcaklık, 0,6 MPa basınç ve 60 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 222
Şekil 5.5. 100 °C sıcaklık, 1,0 MPa basınç ve 20 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 223
Şekil 5.6. 120 °C sıcaklık,1,0 MPa basınç ve 60 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 223
IX
Şekil 5.7. 140 °C sıcaklık,1,0 MPa basınç ve 100 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 224 Şekil 5.8. 100 °C sıcaklık, 1,4 MPa basınç ve 20 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 224 Şekil 5.9. 120 °C sıcaklık, 1,4 MPa basınç ve 60 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 225 Şekil 5.10. 140 °C sıcaklık, 1,4 MPa basınç ve 100 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 225 Şekil 5.11. Kontrol (işlemsiz) Kavakta SEM görüntüsü. ... 226 Şekil 5.12. 100 °C sıcaklık, 0,6 MPa basınç ve 20 sn yoğunlaştırılmış kavakta SEM görüntüsü. ... 226 Şekil 5.13. 120 °C sıcaklık, 0,6 MPa basınç ve 100 sn yoğunlaştırılmış kavakta SEM görüntüsü. ... 227 Şekil 5.14.140 °C sıcaklık, 0,6 MPa basınç ve 60 sn yoğunlaştırılmış kavakta SEM görüntüsü. ... 227 Şekil 5.15.100 °C sıcaklık, 1,0 MPa basınç ve 60 sn yoğunlaştırılmış kavakta SEM görüntüsü. ... 228 Şekil 5.16. 120 °C sıcaklık, 1,0 MPa basınç ve 100 sn yoğunlaştırılmış kavakta SEM görüntüsü. ... 228 Şekil 5.17. 140 °C sıcaklık, 1,0 MPa basınç ve 60 sn yoğunlaştırılmış kavakta SEM görüntüsü. ... 229 Şekil 5.18. 100 °C sıcaklık, 1,4 MPa basınç ve 20 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 229 Şekil 5.19. 120 °C sıcaklık, 1,4 MPa basınç ve 60 sn yoğunlaştırılmış göknarda SEM görüntüsü. ... 230 Şekil 5.20. 140 °C sıcaklık, 1,4 MPa basınç ve 100 sn yoğunlaştırılmış kavakta SEM görüntüsü. ... 230 Şekil 5.21. Doğal (yüzey işlemsiz) TVM yoğunlaştırma işlemi uygulanmış göknar örneklerine ait FT-IR spektrası, (1: Doğal kontrol; 2: 100 °C-1,4 MPa-100 sn; 5: 100 °C- 1 MPa-100 sn; 6: 120 °C- 1 MPa-100 sn; 12: 140 °C-1,4 MPa- 100sn). ... 232 Şekil 5.22. Anilin boyalı TVM yoğunlaştırma işlemi uygulanmış göknar örneklerine ait FT-IR spektrası, ( 13: Anilin boyalı kontrol; 8: 120 °C- 1,4 MPa-60 sn; 4: 100 °C- 1,4 MPa-100 sn). ... 232 Şekil 5.23. Tahta koruyuculu TVM yoğunlaştırma işlemi uygulanmış göknar örneklerine ait FT-IR spektrası, (3: Tahta koruyucu kontrol; 7: 120 °C- 0,6 MPa-100 sn; 9: 120 °C- 1,4 MPa-100 sn; 10: 140 °C- 0,6 MPa-60 sn). ... 233 Şekil 5.24. Doğal (yüzey işlemsiz) TVM yoğunlaştırma işlemi uygulanmış kavak örneklerine ait FT-IR spektrası, (14: Kontrol; 15: 100 °C- 1,4 MPa-100 sn; 16: 100 °C- 1,0 MPa-100 sn; 20: 120 °C- 1,0 MPa-100 sn; 25: 140 °C- 0,6 MPa-100 sn; 26: 140 °C-1,4 MPa- 100 sn). ... 234 Şekil 5.25. Anilin boyalı TVM yoğunlaştırma işlemi uygulanmış kavak örneklerine ait FT-IR spektrası,( 18: Anilin boyalı kontrol; 21:120 °C-1,4 MPa- 60 sn; 24: 140 °C- 0,6 MPa- 100 sn). ... 234 Şekil 5.26. Tahta koruyuculu TVM yoğunlaştırma işlemi uygulanmış kavak örneklerine ait FT-IR spektrası,( 17: Tahta koruyucu kontrol; 19: 120 °C-0,6 MPa- 100 sn; 22: 120 °C-1,4 MPa- 100 sn; 23: 140 °C- 0,6 MPa- 60 sn). ... 235
X
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa No Çizelge 2.1. Ahşap malzemenin yoğunlaştırılmasında kullanılan yöntemler ve özellikleri.
... 5
Çizelge 2.2. Uludağ göknar odununun bazı fiziksel ve mekanik özellikleri. ... 14
Çizelge 2.3. Karakavak odununun bazı fiziksel ve mekanik özellikleri. ... 15
Çizelge 4.1. Araştırma kapsamındaki testler, deney örneği ölçüleri ve sayıları. ... 28
Çizelge 5.1. Tam kuru yoğunluk değerlerine ait aritmetik ortalamalar (g/cm3) ... 41
Çizelge 5.2.Tam kuru yoğunluk değerlerine ait varyans analizi sonuçları. ... 43
Çizelge 5.3. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3). ... 44
Çizelge 5.4. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde tam kuru yoğunluk değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3). ... 45
Çizelge 5.5. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde tam kuru yoğunluk değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3). ... 45
Çizelge 5.6. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde tam kuru yoğunluk değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3). ... 46
Çizelge 5.7. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde tam kuru yoğunluk değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3). ... 47
Çizelge 5.8. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde tam kuru yoğunluk değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3). ... 47
Çizelge 5.9. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde tam kuru yoğunluk değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3). ... 48
Çizelge 5.10. Ağaç türü-Kesit yüzeyi-Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde tam kuru yoğunluk değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (g/cm3)... 50
Çizelge 5.11. Eğilme direnci değerlerine ait aritmetik ortalamalar (N/mm2). ... 54
Çizelge 5.12. Eğilme direnci değerlerine ait varyans analizi sonuçları. ... 56
Çizelge 5.13. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 57
Çizelge 5.14. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 58
Çizelge 5.15. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 58
Çizelge 5.16. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 59
Çizelge 5.17. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 60
Çizelge 5.18. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 60
Çizelge 5.19. Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 62
Çizelge 5.20. Ağaç türü - kesit yüzeyi – yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 63
Çizelge 5.21. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 64
XI
Çizelge 5.22. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 65
Çizelge 5.23. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 68
Çizelge 5.24. Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilme direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 70
Çizelge 5.25.Eğilmede elastikiyet modülü değerlerine ait aritmetik ortalamalar (N/mm2)
... 75 Çizelge 5.26. Eğilmede elastikiyet modülü değerlerine ait varyans analizi sonuçları.... 77 Çizelge 5.27. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 78
Çizelge 5.28. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 79
Çizelge 5.29. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 79
Çizelge 5.30. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 80
Çizelge 5.31. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 81
Çizelge 5.32. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 81
Çizelge 5.33.Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 83
Çizelge 5.34. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 84
Çizelge 5.35. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 85 Çizelge 5.36. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 86 Çizelge 5.37. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 89 Çizelge 5.38.Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde eğilmede elastikiyet modülü değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 92
Çizelge 5.39.Liflere paralel basınç direnci değerlerine ait aritmetik ortalamalar (N/mm2).
... 95 Çizelge 5.40. Liflere paralel basınç direnci değerlerine ait varyans analizi sonuçları. .. 97 Çizelge 5.41. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 98
Çizelge 5.42. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 99
Çizelge 5.43. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 99
Çizelge 5.44. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 100
XII
Çizelge 5.45. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 101 Çizelge 5.46. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 102 Çizelge 5.47.Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 103 Çizelge 5.48. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2).
... 104 Çizelge 5.49. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2).
... 105 Çizelge 5.50. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2).
... 106 Çizelge 5.51. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 109 Çizelge 5.52. Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde liflere paralel basınç direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 111
Çizelge 5.53. Su alma (şişme) değerlerine ait aritmetik ortalamalar (%). ... 114 Çizelge 5.54. Su alma (şişme) değerlerine ait varyans analizi sonuçları. ... 116 Çizelge 5.55. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 117 Çizelge 5.56. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 118 Çizelge 5.57. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 118 Çizelge 5.58. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 119 Çizelge 5.59. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 120 Çizelge 5.60. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 120 Çizelge 5.61. Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 121 Çizelge 5.62. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 122 Çizelge 5.63. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 123 Çizelge 5.64. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 124 Çizelge 5.65. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 126 Çizelge 5.66. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yüzey işlemi ve yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde su alma (şişme) değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (%). ... 127 Çizelge 5.67. Brinell sertlik değerlerine ait aritmetik ortalamalar (N/mm2). ... 130
XIII
Çizelge 5.69. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 133
Çizelge 5.70. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 134
Çizelge 5.71. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 134
Çizelge 5.72. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 135
Çizelge 5.73. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 136 Çizelge 5.74. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 136
Çizelge 5.75. Yüzey işlemi-yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 137
Çizelge 5.76. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 138
Çizelge 5.77. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 139
Çizelge 5.78. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 140
Çizelge 5.79. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde, Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 142
Çizelge 5.80.Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde Brinell sertlik değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 144 Çizelge 5.81. Yüzey parlaklık değerlerine ait aritmetik ortalamalar. ... 146 Çizelge 5.82.Yüzey parlaklığı değerlerine ait varyans analizi sonuçları. ... 148 Çizelge 5.83. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 149 Çizelge 5.84. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 150 Çizelge 5.85. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 150 Çizelge 5.86. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 151 Çizelge 5.87. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 152 Çizelge 5.88. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 152 Çizelge 5.89. Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 153 Çizelge 5.90. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 154 Çizelge 5.91. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 155 Çizelge 5.92. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 156 Çizelge 5.93. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 158
XIV
Çizelge 5.94. Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yüzey parlaklık değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları... 159 Çizelge 5.95. Toplam renk değişimi değerlerine ait aritmetik ortalamalar. ... 163 Çizelge 5.96. Toplam renk değişimi değerlerine ait varyans analizi sonuçları. ... 165 Çizelge 5.97. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan
testi karşılaştırma sonuçları. ... 166 Çizelge 5.98. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 167
Çizelge 5.99. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 167 Çizelge 5.100. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde toplam renk değişimi
değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 168 Çizelge 5.101. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 169 Çizelge 5.102. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 169 Çizelge 5.103. Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 170 Çizelge 5.104. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 171 Çizelge 5.105. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 174 Çizelge 5.106. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 177 Çizelge 5.107. Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde toplam renk değişimi değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları... 179 Çizelge 5.108. Aşınma direnci değerlerine ait aritmetik ortalamalar. ... 183 Çizelge 5.109. Aşınma direnci değerlerine ait varyans analizi sonuçları. ... 185 Çizelge 5.110. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 186 Çizelge 5.111. Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 187 Çizelge 5.112. Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 187 Çizelge 5.113. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 188 Çizelge 5.114. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 189 Çizelge 5.115. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 189 Çizelge 5.116. Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 190 Çizelge 5.117. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 191 Çizelge 5.118. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 192 Çizelge 5.119. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde aşınma
XV
direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları. ... 194 Çizelge 5.120. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları ... 196 Çizelge 5.121. Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde aşınma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları ... 199 Çizelge 5.122. Yapışma direnci değerlerine ait aritmetik ortalamalar (N/mm2). ... 204
Çizelge 5.123. Yapışma direnci değerlerine ait varyans analizi sonuçları. ... 206 Çizelge 5.124. Ağaç türü, kesit yüzeyi, yüzey işlemi ve yoğunlaştırma faktörü Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 207
Çizelge 5.125.Ağaç türü - kesit yüzeyi etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 208
Çizelge 5.126.Ağaç türü - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2)... 208
Çizelge 5.127. Ağaç türü - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 209
Çizelge 5.128. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 210
Çizelge 5.129. Kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2) ... 210
Çizelge 5.130. Yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 211
Çizelge 5.131. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 212
Çizelge 5.132. Ağaç türü - kesit yüzeyi - yoğunlaştırma etkileşim düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 213
Çizelge 5.133. Ağaç türü - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 215
Çizelge 5.134. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 216
Çizelge 5.134. Kesit yüzeyi - yüzey işlemi - yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 217
Çizelge 5.135. Ağaç türü - Kesit yüzeyi - Yüzey İşlemi ve Yoğunlaştırma etkileşimi düzeyinde yapışma direnci değerlerinin Duncan testi karşılaştırma sonuçları (N/mm2). ... 218 Çizelge 5.136. FT-IR spektraların absorpsiyon pikleri ve fonksiyonları ... 231
XVI
KISALTMALAR
ANOVA Analysis of Variance
ASTM American Society for Testing and Materials
DÜBİT Düzce Üniversitesi Bilimsel ve Teknolojik Araştırmalar Uygulama ve Araştırma Merkezi
FT-IR Fourier Transform İnfrared Spectroscopy
HG Homojenlik gurubu
ISO International Standart Organization
LDN Lif Doygunluğu Noktası
LSD En küçük önemli aralık
NPU U Demir Profil
OHT Oil Heat Treatment - Sıcak yağla muamele
PVAc Polivinilasetat tutkalı
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
STTM Short-term thermo-mechanical densification - Kısa Süreli Termo Mekanik Yoğunlaştırma
St.S Standart sapma
THM Thermo Hygro Mechanical - Termo Higro Mekanik
TM Thermo Mechanical - Termo Mekanik
TS Türk Standartları
TS EN Türk Standartları Enstitüsü Euro Norm
TSE Türk Standartları Enstitüsü
TÜBİTAK Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu
TÜRKAK Türk Akreditasyon Kurumu
THM Thermo Hygro Mechanical – Termo Higro Mekanik
TVM Termo-Vibro-Mekanik
XVII
SİMGELER
A br oC cm cm2Yapışma yüzey alanı, mm2
Hava boşluğu miktarı Santigrat derece Santimetre Santimetre kare
ç Hücre çeperi maddesi
D Brinell sertlik çelik bilyenin çapı, mm
d Çelik bilyenin deney örneği yüzeyinde açtığı çukurun
çapı, mm
Em Eğilmede elastikiyet modülü, N/mm2
Fmax Kırılma anındaki max. Kuvvet, N
g Gram HB Hz Kg kPa L0 Lr Ls M M0 MPa N m mm mm2 r V V0 δ0 δ12 αk σb σç σe βr βt βv μm Brinell sertlik, N/mm2 Hertz Kilogram Kilopascal
Tam kuru haldeki kalınlık, mm Suda bekletme sonrası kalınlık, mm Dayanak açıklığı, mm
Kütle, g
Tam kuru haldeki kütle, g Megapascal Newton Metre Milimetre Milimetre kare Rutubet Hacim, cm3
Tam kuru haldeki hacim, cm3 Tam kuru yoğunluk, g/cm3
Hava kurusu yoğunluk, g/cm3
Kalınlık artış (şişme) oranı, % Liflere paralel basınç direnci, N/mm2
Liflere paralel çekme direnci, N/mm2 Eğilme direnci, N/mm2
Radyal yöndeki daralma yüzdesi Teğet yöndeki daralma yüzdesi Hacmen daralma yüzdesi Mikron π ΔE Δa Δb ΔL Pi sayısı
Toplam renk değişimi
Toplam kırmızı renk değişim değeri Toplam sarı renk değişim değeri Toplam ışıklılık değişim değeri
x̄ Aritmetik ortalama
XVIII
ÖZET
TERMO-VİBRO-MEKANIK (TVM) İŞLEM GÖRMÜŞ BAZI AĞAÇ MALZEMELERİN FİZİKSEL, MEKANİK VE TEKNOLOJİK
ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ Süleyman ŞENOL
Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Kompozit Malzeme Teknolojileri Anabilim Dalı Doktora Tezi
Danışman: Prof. Dr. Mehmet BUDAKÇI Mayıs 2018, 320 sayfa
Bu çalışmada, yoğunlaştırma ve termal modifikasyon işlemlerine alternatif Termo-Vibro-Mekanik (TVM) yoğunlaştırma isimli çevreci yeni bir yöntem geliştirilmesi, özellikle düşük yoğunluklu ağaç türlerinin direnç özelliklerinin iyileştirilmesi suretiyle, üstün özellikli ağaç malzeme elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla önce TÜBİTAK 115O138 nolu proje desteği ile bir “TVM yoğunlaştırma presi” tasarlanıp-üretilmiştir. Daha sonra Uludağ Göknarı (Abies bornmülleriana Mattf.) ve Kara Kavak’tan (Populus nigra L.) radyal ve teğet kesit olarak elde edilen örnekler, TVM yoğunlaştırma işlemi öncesinde ürün çeşitliliği sağlamak için ahşap renklendirici (anilin) ve renksiz yağlı bir tahta koruyucu ile muamele edilmiştir. TVM yoğunlaştırma işlemi; sabit doğrusal bir titreşimle (100 Hz frekans ve 3 mm genlik (amplitute), üç farklı sıcaklık (100±3°C, 120±3 °C, 140±3 °C), üç farklı vibrasyon basıncı (0, 60 MPa, 1, 00 MPa, 1,40 MPa) ve üç farklı vibrasyon süresinde (20 sn, 60 sn, 100 sn) gerçekleştirilmiştir. TVM yoğunlaştırma işlemi sonrası örneklerin fiziksel, mekanik ve teknolojik özelliklerini belirlemek için, yoğunluk (TS 2471, TS 2472), radyal ve teğet sıkıştırma yönü şişme oranı (TS 4084), renk (ASTM D 2244), parlaklık (TS EN ISO 2813), eğilme direnci (TS 2474), eğilmede elastikiyet modülü (TS 2478), liflere paralel basınç direnci (TS 2595), yapışma direnci (TS EN 205), Brinell sertlik (TS 2479) ve aşınma direnci (ASTM D 4060-14) deneyleri uygulanmıştır. Ayrıca örnek yüzeylerinde ve kimyasal yapılarında meydana gelen değişimler, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Fourier Transform İnfrared Spectroscopy (FT-IR) ile belirlenmiştir. Araştırmada TVM yoğunlaştırma işlemi yapılmış örneklerde kontrol örneklerine göre; tam kuru yoğunluk değerlerinde %15,40 - %38, sıkıştırma yönü şişme oranı değerlerinde %73,21 - %242,64, renk değişimi değerlerinde 7,65 - 15,82, parlaklık değerlerinde %175 - %1393, eğilme direnci değerlerinde %13 - %52, eğilmede elastikiyet modülü değerlerinde %11 - % 50, liflere paralel basınç direnci değerlerinde %15 - %67, yapışma direnci değerlerinde %5 - % 247, Brinell sertlik değerlerinde %62,6 - %150,50, aşınma direnci değerlerinde %15,60 - %65,41 arasındaki oranlarda artış sağlanmıştır. Sonuç olarak, TVM yoğunlaştırma işleminin diğer ahşap modifikasyon yöntemlerine alternatif, yeni ve çevreci bir yöntem olacağı tespit edilmiş, TVM yoğunlaştırma işlemi ile düşük direnç özelliklerine sahip Uludağ göknarı ve karakavak odunlarının fiziksel, mekanik ve teknolojik özellikleri iyileştirilmiştir.
Anahtar sözcükler: Mekanik modifikasyon, Odun modifikasyonu, Termal modifikasyon, Yoğunlaştırma, Yüzey yoğunlaştırma.
XIX
ABSTRACT
DETERMINATION OF PHYSICAL, MECHANICAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF SOME WOOD MATERIALS TREATED WITH
THERMO-VIBRO-MECHANICAL (TVM) PROCESS
Süleyman ŞENOL Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Composite Material Technologies
Doctoral Thesis
Supervisor: Prof. Dr. Mehmet BUDAKÇI May 2018, 320 pages
In this study, it is aimed to I developed as an alternative of densification thermal modification process by a new environmentally method Thermo-Vibro-Mechanical (TVM) process; especially to enhance the resistance characteristics of wood material that has low resistance characteristics. For this purpose, TVM densification press designed and produced with the support of the number of 115O138 TUBITAK project has been used. Subsequently, the samples obtained as radial and tangent cross-section from Uludağ fir (Abies bornmülleriana Mattf.) and black poplar (Populus nigra L.) have been treated with wood stain (aniline) and a colourless oily wood protector to provide product variety before TVM densification process.TVM densification process realized in a fixed linear vibration (100 Hz frequency and 3mm amplitude), three different temperatures (100±3°C, 120±3°C,140±3°C), three different vibration pressures (0,60MPa, 1,00MPa, 1,40MPa) and three different vibration duration (20 sec,60 sec,100 sec).Density (TS 2471, TS 2472), radial and tangential compression direction swelling ratio (TS 4084), colour (ASTM D 2244), brightness (TS EN ISO 2813), bending resistance (TS 2474), elasticity module in bending (TS 2478), parallel pressure resistance to fibers (TS 2595), adhesion resistance (TS EN 205), Brinell hardness (TS 2479), abrasion resistance (ASTM D 4060-14), experiments have been applied to determine the physical, mechanical and technological characteristics of the samples after TVM densification process. Besides, the emerging changings in sample surfaces and chemical structures have been determined by scanning electron microscobe (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). According to the control samples in TVM densification process; an increase of 15,40% to 38% in the full dry density values, 73.21%-242,64% radial and tanhential compression direction swelling values, 7,65-15,82 color change values, 175%-1393% brightness values, 13% to 52% in the bending resistance values, 11% to 50% in the elasticity module values, 15% to 67% in the parallel pressure strength to fibers values, 5% to 247% adhesion resistance values, 62,6%- 150,50% Brinell hardness values and 15,60%-65,41% abrasion resistance values have been obtained. As a result, it has been determined that the TVM densification process will be a new and environmentally friendly alternative to other wood modification methods and the physical, mechanical and technological properties of Uludağ fir (Abies bornmülleriana Mattf.) and black poplar (Populus nigra L.) woods with low resistance properties have been improved with TVM densification process.
Keywords: Mechanical modification, Wood modification, Densification, Thermal modification, Surface densification.
XX
EXTENDED ABSTRACT
DETERMINATION OF PHYSICAL, MECHANICAL AND TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF SOME WOOD MATERIALS TREATED WITH
THERMO-VIBRO-MECHANICAL (TVM) PROCESS
Süleyman ŞENOL Duzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Composite Material Technologies,
Doctoral Thesis
Supervisor: Prof. Dr. Mehmet BUDAKÇI May 2018, 320 pages
1. INTRODUCTION
Wood material has been used by humankind extensively to meet accommodation, transportation and social needs since the very beginning. Different “wood modification methods” have been developed to this day to overcome certain negative characteristics of wood material thanks to scientific studies and research. The term wood modification aims to enhance or alter the negative characteristics of wood material [1].
In general, wood material is considered either too soft or too weak for structural applications requiring high resistance, hardness and strength. However, wood material whose density has been increased could be an alternative for other structural materials [2]-[6]. Most of the mechanical characteristics of wood material is related to density [3], [5]-[8]. Densifying wood material increases its mechanical characteristics and hardness therefore, many trials have been conducted to develop an appropriate operation to overcome this obstacle [3].
In the light of this information, the aim of this study is develop as an alternative of densification and thermal modification process by a new environmentally method Thermo-Vibro-Mechanic (TVM) process; especially to enhance the resistance characteristics of wood material that has low resistance characteristics; in this way to enhance its economic values; to ensure the usability in wood-work, furniture and especially laminated parquet industry; to introduce this method to relevant scientific community and sector. For his purpose, a special “TVM Densification Press” was designed and produced with the project support numbered TUBITAK- 115O138 and to
XXI
determine certain physical, mechanical and technological properties of Uludağ fir (Abies bornmülleriana Mattf.) and Black poplar (Populus nigra L.) samples after densification operation, the following experiments were conducted: specific gravity (TS 2471, TS 2472), bending strength (TS 2474), elasticity module in bending (TS 2478), parallel pressure strength to the fibers (TS 2595), water absorpsion (swelling) (TS 4084), Brinell hardness (TS 2479), colour (ASTM D 2244), brightness ( TS EN ISO 2813), abrasion resistance (ASTM D 4060-14), adhesion resistance (TS EN 205). Also, changes occuring on surfaces and chemical structures of samples were determined using Scanning Electron Microscop (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectrocopy (FT-IR).
2. MATERIAL AND METHODS
While preparing the samples Uludağ fir (Abies bornmülleriana Mattf.) with its relatively low density and needle-leaves and Black poplar (Populus nigra L.) with its broad leaves were preferred. Samples in air dried moisture (%12) were designed as draft according to the test standards. the sample surfaces calibrated to the draft dimension, after being rubbed in sanding machine calibrated with 100 sandpaper, were impregnated with Dewiluks Dewitex 129-0174-52 branded colourless alkid resin based wood preservative and Akzo Nobel Kemipol branded Unicolor light walnut coloured (catalogue colour- H 1088001) aniline based wood colorant using 16 second dipping method to achieve product range prior to TVM densification process. In order to do away with moisture differences before TVM process, the samples were conditioned in conditioning chamber at 20±2 0C temperature and %65 ±3 relative moisture conditions according to TS 2471
[9].
Thermo-Vibro-Mechanic (TVM) Densification Process: TVM densification process was conducted with 100 Hz frequency and 3 mm amplitude constant linear vibration at three different temperatures ( 100±3 °C, 120±3 °C, 140±3 °C), at three different vibration pressure (0,60 MPa, 1,00 MPa, 1,40MPa) and for three different vibration durations (20 sec, 60 sec, 100 sec). Following TVM densification process, the samples were removed from the TVM densification press and, to prevent spring-back effect, were left to cooling under 5 kg/cm2 pressure averagely at a different press (coating press) down to 60 °C. Later, the samples were kept in the conditioning chamber at 20±2 °C temperature and % 65 ±3 relative moisture conditions according to TS 2471.
XXII
Determination of full dry density: Measurements of density when full dry were conducted according to TS 2472 [10]. The samples at air-dried state were kept at 103 ±2 °C until they reached constant weight and then their mass was weight at analytical balance with (M) ±0,01 gr sensitivity and their Volumes (V) were calculated using digital compass with ± 0,01 mm sensitivity.
Determination of bending strength and elasticity module in bending: Bending strength of the samples was determined according to TS 2474 [11]. Experiment samples that had gone through TVM densification process were kept in the conditioning chamber at 20±2 °C and % 65±5 relative moisture until they reached constant mass and then bending strength experiment was conducted. Before starting the experiments thickness and width of the samples were measured at their mid parts using digital compass (0,01 mm sensitivity) and recorded. At the end of the experiment, maximum force at breaking was recorded as Newton (N) and bending strength was calculated.
While determining elasticity module in bending, the experiment samples used in determining bending strength were used and the tests were carried out according to TS 2478 [12]. Elasticity module in bending was computed with the help of bending amount difference (Δƒ) in the samples for the force difference (ΔF) applied in the elasticity deformation area.
Determination of parallel pressure strength to the fibers: Determination of the parallel pressure strength to fibers was conducted according to TS 2595 [13]. The experiment samples were kept in conditioning chamber at 20±2 °C and %65±5 relative moisture after TVM densification process until they reached constant mass and then parallel pressure strength experiment, thickness and width of the samples had been measured at mid parts with digital compass (±0,01mm sensitivity) and recorded. At the end of experiment maximum force at crushing point was recorded as Newton (N) and parallel pressure strength to fibers was calculated.
Determination of radial and tangential compression direction swelling ratio: Determination of swelling ratio of the experiment samples was conducted according to TS 4084 [14]. The samples were first kept at103 ±2 °C until they reached constant mass and dimensions and then their radial and tangential thickness were determined at mid parts using digital compass with ±0,01mm sensitivity. Subsequently, the samples were transferred to glass aquarium containing distilled water at 20±2 °C. İn order to submerge
XXIII
the samples completely into the water , a wire cage was put over them. Later, the samples were taken out of the water and dried with paper towel. Their thickness was measured again at the same initial measuring points. Using these thickness values maximum swelling ratios at radial and tangential compression direction were computed.
Determination of brinell hardness: Determination of radial direction (tangential surface) and tangential direction (radial surface) Brinell hardness values was conducted according to TS 2479 [15]. The experiment samples were kept in conditioning chamber after TVM densification process at 20±2 0C temperature and %65 ± 5 relative moisture until they reached constant mass and then Brinell hardness tests were carried out.
Determination of surface brightness and colour change: Measurement of brightness and colour of conditioned experiment samples was done using BYK – GARDNER SPEKTRO-GUIDE 45/0 device. Brightness measurements were done according to TS
EN ISO 2813 using 60°angle and colour measurements were done according to ASTM
D 2244 [16], [17]. After TVM densification operation, measurements were conducted for every surface perpendicular and parallel to fibers and their arithmetical means were recorded as one value. Total colour change (ΔE) was determined.
Determination of abrasion resistance: While determining the abrasion resistance of the samples, Taber 5135 test device was used and “weight loss” method was preferred according to ASTM D 4060-14 [18]. While wearing the samples in air dried moisture, 60 cycle/min cycle, 1000 gr weight and Taber S-42 abrasive were used. During trials, 150 cycles were decided, the sample masses were weighed after abrasion with analytical balance (M) ±0,01 gr sensitivity. After wards, abrasion index was computed. As abrasion index decreased, abrasion resistance of the material increased.
Determination of adhesion resistance: Determination of adhesion resistance was done according to TS EN 205 [19]. While gluing the experiment samples, PVAc adhesive was used. After TVM densification process, the experiment samples were kept in conditioning chamber at 20±2 °C temperature and % 65±5 relative moisture until they reached constant mass and then adhesion resistance experiment was conducted. The maximum force at breaking point of each experiment sample was read at the indicator screen of the machine and recorded in Newton (N). Using these values, adhesion resistance was computed.
XXIV
Scanning electron microscopy (SEM) analysis: SEM analysis of the samples that had gone through TVM densification process and those in the control group (no process) was conducted with FEI Quenta FEG 250 branded device in Düzce University scientific and technological research application center (DÜBİT).
Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy analysis: FT-IR analyses of the samples that had gone through TVM densification process and those in the control group
(no process) were conducted at 4000-600 cm-1 wave length and 4 cm-1 resolution using
Shimadzu IRPrestige 21 branded device in Düzce University scientific and technological research application center (DÜBİT).
Evaluation of Data: For statistical evaluation, SPSS statistical package programme was used. Factor effects were determined using multi variance analysis “ANOVA” tests. When factor effects were meaningful with α=0,05 error margin, paired comparisons were conducted with Duncan test. According to the tests conducted using LSD (the smallest significant difference) critical values, from which factors this difference resulted was tried to be determined.
3. RESULTS AND DISCUSSIONS
At the end of the study the following increases were determined in the samples that had gone through TVM densification process and those in the control group respectively: 15,40% to 38% in the full dry density values, 73.21%-242,64% radial and tanhential compression direction swelling values, 7,65-15,82 color change values, 175%-1393% brightness values, 13% to 52% in the bending resistance values, 11% to 50% in the elasticity module values, 15% to 67% in the parallel pressure strength to fibers values, 5% to 247% adhesion resistance values, 62,6%- 150,50% Brinell hardness values and 15,60%-65,41% abrasion resistance values.
Accordingly TVM densification process was determined to be a new and environmentally friendly method alternative to other wood modification methods and using TVM densification process physical, mechanical and technological properties of Uludağ fir (Abies Bornmülleriana Mattf.) and Black poplar (Populus nigra L.) woods with low resistance characteristics were increased.
XXV
4. CONCLUSION AND OUTLOOK
It was determined that after TVM densification process Black poplar (Populus nigra L.) samples gave better results than Uludağ fir (Abies Bornmülleriana Mattf.) samples. In the research, increase was achieved in density values of Black poplar (Populus nigra L.) and Uludağ fir (Abies Bornmülleriana Mattf.) samples. However, in terms of swelling values, it can be suggested to treat Uludağ fir (Abies Bornmülleriana Mattf.) and Black poplar (Populus nigra L.) samples with wood preservative in places where they could be exposed to water and moisture.
After TVM densification processes, depending on densification level, significant increases occurred in the mechanical properties. The use of wood types, whose habitat is large but usage area is limited due to their low density, can be made common if their resistance characteristics are enhanced through this method.
As a result of FT-IR spectroscopy analysis after TVM densification process, no significant difference was observed between the samples that had gone through densification process and those in the control group. In this context, it was determined that the wood material will not lose its naturality, that TVM wood material and TVM modification system can be an alternative to other wood modification methods and that it will be a new and environmentally friendly material and method.
1
1. GİRİŞ
Ağaç malzeme, insanoğlunun varoluşundan bu yana barınma, ulaşım ve sosyal ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla sıkça tercih ettiği bir malzeme olmuştur. Yüzyıllar öncesinden günümüze kadar, ağaç malzemenin bazı olumsuz özelliklerinin giderilmesi için yapılan tüm bilimsel çalışmalar ve araştırmalar sonucunda, farklı ''Ahşap Modifikasyonu Yöntemleri'' geliştirilmiştir. Ahşap modifikasyonu terimi ahşap malzemenin olumsuz özelliklerini değiştirmek ya da iyileştirmek amacını taşımaktadır [1].
Ağaç malzeme genellikle yüksek direnç, sertlik ve dayanıklılık gerektiren yapısal uygulamalar için çok yumuşak ya da çok zayıf olarak kabul edilmektedir. Ancak yoğunluğu artırılmış bir ağaç malzeme, diğer yapısal malzemelere alternatif olabilmektedir [2]-[6]. Ağaç malzemenin mekanik özelliklerinin çoğu, yoğunluğu ile ilişkilidir [3], [5]-[8]. Ağaç malzemenin yoğunlaştırılması, mekanik özelliklerini ve sertliğini artırdığından bu konuda uygun bir işlem geliştirmek için birçok deneme yapılmıştır [3]. Yoğunlaştırma işlemiyle düşük yoğunluklu ağaç malzemeler, yüksek yoğunluklu hale getirilmekte ve ticari olarak yüksek değerli ürünler haline dönüştürebilmektedir. Yüksek yoğunluklu ağaç malzeme türleri de yoğunlaştırma yoluyla daha dirençli hale dönüştürülebilmektedir [4]-[6]. Kimyasallar kullanılmadan ağaç malzemenin yoğunlaştırılması uzun zamandan beri bilinmektedir. Ancak, uygulanan mevcut işlemlerden sonra nihai ürünlerde oluşan plastikleşme ve boyutsal kararlılığın yetersiz olmasından dolayı endüstri tarafından dikkate alınmamış ve kabul edilmemiştir. Dünya genelinde çeşitli zamanlarda yoğunlaştırılmış ahşap ürünlerin birçok çeşidi üretilmiştir. Ayrıca son 20 yılda çevresel farkındalıktaki artış sebebiyle çevreye zararlı emprenye maddelerinin kullanımında kısıtlamalar olmuş, bu durum ağaç malzemeyi biyolojik bozunmaya karşı koruyan ve boyutsal stabilitesini arttıran çevreye dost yeni yöntemlerin gelişmesine neden olmuştur [1], [20]. Bu yöntemlere örnek olarak; açık bir sistemde sıcaklık ve basınç kullanılarak yapılan yoğunlaştırma (Termo-Mekanik (TM)), kapalı bir sistemde sıcaklık, basınç ve buhar kullanılarak yapılan yoğunlaştırma (Termo-Higro-Mekanik (THM)), buhar ile ön yumuşatma işlemi yapılıp sıcaklık ve basınç kullanılarak yapılan yoğunlaştırma (Viskoelastik-Termal-Sıkıştırma (VTC)) ve yeni bir uygulama yöntemi olan sıcaklık, basınç ve titreşim (vibrasyon) kullanılarak yapılan
2
yoğunlaştırma (Termo-Vibro-Mekanik (TVM)) gösterilebilir [1].
Ağaç malzemenin yoğunlaştırılmasında; malzemenin türü, sıcaklık ve yumuşatma ya da plastikleştirme periyodu, yoğunlaştırma yöntemi ve pres basıncı en önemli değişkenlerdir ve yoğunlaştırma işleminden sonra ahşabın direnç özelliklerini etkilemektedir. Bu değişkenlerin farklı şekilde uygulanmaları %100’e ulaşan bir oranda yoğunlaştırılmış ağaç malzemelerin mukavemet özelliklerini artırabilmektedir [21]. Ahşap malzemenin sıkıştırılarak yoğunlaştırılmasında, malzemenin hücre çeperi çökertilerek ve boşluk hacmi azaltılarak yoğunlaştırma gerçekleştirilir [22]-[24]. Normal atmosferik koşullar altında sıkıştırılmış ağaç malzemenin hücre çeperinde kırılmalar-çatlamalar meydana gelebilmektedir. Sıkıştırılarak yoğunlaştırmada ahşabın doğal elastik yapısı önemli bir rol oynamaktadır. Yoğunlaştırmada ahşap sıcaklığı, kritik geçiş sıcaklığının üzerinde olması durumunda amorf polimerler büyük bir deformasyona uğramadan ve hücresel kırılmalar olmadan yoğunlaştırma gerçekleştirilebilmektedir. Sıkıştırma özellikleri çoğunlukla ağacın yoğunluğuna, rutubetine, hücre çeperi hacmi ve sıkıştırma yönüne bağlıdır. Sıkıştırılarak yoğunlaştırılmış ağaç malzemelerde karşılaşılan en büyük problem, rutubete veya su ile temasa maruz kalabilecek yerlerde kullanıldığında geri esneme (spring-back) özelliğinden dolayı başlangıç ölçülerine geri dönme eğiliminde olmasıdır [8], [23], [25]-[30]; ve bu durum sıcaklık ve buhar etkisi ile ortadan kaldırılabilmektedir [5], [23], [29], [31], [32].
Son zamanlarda yoğunlaştırılmış ahşabın olumsuz taraflarını gidermek için ısıl işlem/termal modifikasyon uygulamaları yapılmaya başlanmıştır. Ancak bu uygulamalarda kullanılan 150 °C’nin üzerindeki sıcaklık değerleri, ağaç malzemenin rengini, ağırlığını değiştirmekte ve mekanik özelliklerini zayıflamaktadır. Bu da ağaç malzemenin özellikle taşıyıcı sistemler olarak kullanılmasını kısıtlayabilmektedir [20], [23], [33]-[35].
Bu bilgiler ışığında çalışmanın amacı; yoğunlaştırma ve termal modifikasyon işlemlerine alternatif Termo-Vibro-Mekanik (TVM) yoğunlaştırma isimli çevreci yeni bir yöntem geliştirmek, özellikle düşük yoğunluklu ağaç türlerinin direnç özelliklerini iyileştirirek üstün özellikli ağaç malzeme elde etmek, bu sayede ekonomik değerlerini yükseltmek, ağaç işleri, mobilya ve özellikle lamine parke endüstrisinde kullanılabilirliğini sağlamak, konu ile ilgili bilim camiasına ve sektöre kazandırmaktır. Bu amaçla TÜBİTAK-115O138 numaralı proje desteği ile özel bir “TVM yoğunlaştırma presi” tasarlanıp üretilmiş, Uludağ Göknarı (Abies bornmülleriana Mattf.) ve Karakavak’tan (Populus
3
nigra L.) elde edilen örneklerin TVM yoğunlaştırma işlemi sonrası bazı fiziksel, mekanik ve teknolojik özelliklerini belirlemek için, yoğunluk (TS 2471, TS 2472), radyal ve teğet sıkıştırma yönündeki şişme oranı (TS 4084), renk (ASTM D 2244), parlaklık (TS EN ISO 2813), eğilme direnci (TS 2474), eğilmede elastikiyet modülü (TS 2478), liflere paralel basınç direnci (TS 2595), yapışma direnci (TS EN 205), Brinell sertlik (TS 2479) ve aşınma direnci (ASTM D 4060-14) deneyleri uygulanmıştır. Ayrıca örnek yüzeylerinde ve kimyasal yapılarında meydana gelen değişimler, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ile belirlenmiştir.
4
2. GENEL BİLGİLER
2.1. AĞAÇ MALZEMENİN YOĞUNLAŞTIRILMASI 2.1.1. Yoğunlaştırmada Tarihsel Süreç
Sıkıştırılarak yoğunlaştırılan ağaç malzeme, tarihsel olarak 1900’lü yılların başında araştırılmaya başlanmıştır. Sıkıştırılmış ahşap ürünler için ilk patent 1900 yılında Sears, 1923 yılında Walch ve Watts, 1929 yılında Oleheimer, 1931 yılında Brossmannes, 1934 yılında Esselen, 1934 yılında Olson tarafından alınmıştır [1], [27], [30], [36]-[39]. Sıkıştırılmış masif ahşap ilk kez, 1930’lu yılların başlarında ticari ismi ‘‘Lignostone’’ olarak Almanya’da piyasaya sunulmuştur. Ayrıca ahşap kaplamaların sıkıştırılması ile elde edilen ve ticari ismi ‘‘Lignofol’’ olan ürün üretilmiştir. Bu ürünler, yaklaşık olarak 25 MPa, 140 °C' de sıkıştırılmış ve ürün yoğunluğu 0,8 g/cm3 olarak sonuçlanmıştır. Aynı
yıllarda İngiltere’de Jicwood ve Jablo tarafından benzer ürünler (plywood) üretilmiştir. Ahşap malzemenin yoğunlaştırılması ile ilgili diğer önemli iki yöntem ise, ABD’de Orman Ürünleri Laboratuarında geliştirilen ‘‘Kompreg’’ ve ‘‘Staypak’’ ticari isimlerindeki ürünlerdir [1], [26], [27], [40].
Kompreg, sentetik reçine ile muamele edilmiş odunun bünyesindeki reçine sertleşirken, oduna basınç uygulanmasıyla elde edilir. Reçine olarak, en başarılı sonucu veren fenol-formaldehit kullanılmaktadır. Fenol-fenol-formaldehit ile emprenye edilmiş ağaç malzemenin yalnızca sıkışma kabiliyeti artmaz, aynı zamanda, basınç kaldırıldığı zaman sıkışmış halini muhafaza kabiliyeti de artar. 150 °C’lik bir sıcaklıkta ve 7-8 MPa basınç altında, özgül ağırlığı 1,3-1,4 gr/cm3 olan ahşap malzeme elde edilmektedir. Ahşap malzemenin
sıkıştırma işlemi uygulamasında gerekli basınç miktarı, ağaç türü, sentetik reçine ve onun içindeki buharlaşabilen madde miktarı, reçinenin önceden sertleşme ve odun yapısı içinde yayılmasına bağlıdır. Kompreg’in direnç özellikleri, şok direnci dışında, özgül ağırlığının artışına bağlı olarak artar. Sentetik reçine miktarının kuru odun ağırlığına oranla artması, basınç direncini arttırırken şok direncini azaltır. Yani malzeme daha gevrek hale gelebilmektedir [1], [25], [41], [42].
Staypak, yüksek ısı derecelerinde stabilize edilmiş ve preslenmiş bir ağaç malzemedir. Odun, selüloz zincirleri arasındaki boşluğu dolduran lignin akıcı hale gelecek şekilde, yüksek sıcaklık derecelerinde ısıtılarak preslenmekte ve iç gerilmeler hafifletilmektedir. Bu işlem, ahşabın rutubetli ortamlarda gösterdiği absorbsiyon eğilimini büyük oranda
5
azaltmaktadır. 150 °C – 180 °C’lik sıcaklık aralığında ve 9,6 - 17,2 MPa basınç aralıklarında, özgül ağırlığı 1,3 gr/cm3 olan ahşap malzeme elde edilmektedir [1], [25],
[26], [42], [43]. Staypak uygulaması ile ahşap malzemenin, biyolojik zararlılara karşı direnç özelliği artmamaktadır. Presleme ve yüksek sıcaklıktan dolayı ahşap malzemenin rengi koyulaşmakta, basınç miktarı ile doğru orantılı olarak çekme direnci, elastikiyet modülü ve şok direnci artabilmektedir [1], [41], [42].
Ağaç malzemenin yoğunlaştırılmasında kullanılan tarihsel yöntemler ve yöntemlerin bazı özellikleri Çizelge 2.1’de verilmiştir.
Çizelge 2.1. Ahşap malzemenin yoğunlaştırılmasında kullanılan yöntemler ve özellikleri[1].
YIL YÖNTEM SICAKLIK BASINÇ
1930 Lignostone Lignofol Jicwood Jablo 140 °C 250 kg/cm2 (24,516MPa) 1941 Compreg 150 °C 6,89 - 8,27 MPa 1962 Staypack 150 °C – 180 °C 9,65 - 17,24 MPa 1990 Viskoelastik-Termal-Presleme (VTC) 160 °C – 175 °C 650 - 2000 kPa (0,65 – 2 MPa) 175 °C – 225 °C 2000 – 4000 kPa (2 - 4 MPa) 1998 Termo - Mekanik (TM) 150 °C – 200 °C 1,2 MPa – 20 MPa 2000
Termo-Higro-Mekanik
(THM) 150 °C 130 kg/cm
2 (12,748 MPa)
CaLignum No Heating 140 MPa
2012 Termo-Vibro-Mekanik
(TVM) 100 °C – 140 °C
Yoğunlaştırma Oranı (0,6 MPa, 1,4 MPa)
Ağaç malzemenin yoğunlaştırılmasında; malzemenin türü, sıcaklık ve yumuşatma ya da plastikleştirme periyodu, yoğunlaştırma yöntemi ve pres basıncı en önemli değişkenlerdir ve yoğunlaştırma işleminden sonra ahşabın direnç özelliklerini etkilemektedir. Bu değişkenlerin farklı şekilde uygulanmaları %100’e ulaşan bir oranda yoğunlaştırılmış ağaç malzemelerin mukavemet özelliklerini artırabilmektedir [1], [5], [21], [27], [44], [45].
6
2.1.2. Yoğunlaştırmada Kullanılan Mekanik Odun Modifikasyon Metotları
Ağaç malzeme basınç altında sıkıştırılarak, hücre çeperine bazı kimyasalların-reçinelerin emdirilmesiyle (impregnasyon) veya sıkıştırma ile impregnasyonun birlikte kullanılmasıyla yoğunlaştırılabilmektedir [5], [6]. Ağaç malzemenin sıkıştırılarak yoğunlaştırılmasında, malzemenin hücre çeperi çökertilerek ve boşluk hacmi azaltılarak yoğunlaştırma gerçekleştirilmektedir [22]-[24]. Kimyasal maddelerle yoğunlaştırmada ise, sıvı haldeki doğal ve yapay reçineler ağaç malzemenin boşluklarına emdirildikten sonra kimyasal reaksiyon veya soğutma sonucu bulundukları yerde katılaştırılarak yoğunluğu artırılmış ağaç malzeme elde edilmektedir [7], [46].
Ahşap malzemenin reçine emdirilmeden sıkıştırılarak yoğunlaştırılmasında, sıkıştırma sonrası rutubete veya su ile temasa maruz kalabileceği durumlarda geri esneme (spring-back) özelliğinden dolayı önemli sorunlar oluşturabilmektedir [23], [29] (Şekil 2.1).
Şekil 2.1. Sıkıştırılarak yoğunlaştırılmış ahşap malzemede oluşan geri esneme (spring-back) [23], [29].
Reçine emdirilmeden yapılan yoğunlaştırmada ölçüsel kararlılığı sağlamak için değişik çalışmalar yapılmış ve bir kısmı oldukça başarılı sonuçlar vermiştir. Bu çalışmalar; açık bir sistemde sıcaklık ve basınç kullanılarak yapılan yoğunlaştırma (Termo-Mekanik (TM)), kapalı bir sistemde sıcaklık, basınç ve buhar kullanılarak yapılan yoğunlaştırma (Termo-Higro-Mekanik (THM)), buhar ile ön yumuşatma işlemi yapılıp sıcaklık ve basınç kullanılarak yapılan yoğunlaştırma (Viskoelastik-Termal-Sıkıştırma (VTC)) ve yeni bir uygulama olan sıcaklık, basınç ve titreşim (vibrasyon) kullanılarak yapılan yoğunlaştırma (Termo-Vibro-Mekanik (TVM)) metodudur.
