Podstawowym skãadnikiem materiaãów drewnopochodnych jest prze-tworzone mechanicznie i chemicznie drewno (w postaci mniej lub bar-dziej rozdrobnionej):
desek i listew (np. drewno klejone warstwowo – glulam, pãyty z drewna litego jednowarstwowe i wielowarstwowe: peãne lub pustakowe,
fornirów (np. sklejka, drewno prasowane warstwowo z tworzywa-mi sztucznytworzywa-mi – LVL),
weãny drzewnej , tzw. woliny76 (pãyty budowlane, np. suprema77, materiaã wypeãniajĈcy opakowania, pãyty dĮwičkoizolacyjne),
wiórów i mikrowiórów (np. pãyty wiórowe78, WPC 79),
przetworzonych wãókien drzewnych (np. pãyty MDF 80, pãyty gipsowo-kartonowe81).
Z punktu widzenia wspóãczesnego zastosowania w budowie maszyn najwaİniejszymi tworzywami drewnopochodnymi sĈ: (1) drewno lite na-sycane i prasowane z tworzywami sztucznymi82, (2) forniry prasowane warstwowo z tworzywami sztucznymi83, (3) sklejka.
Mechaniczne wãaĤciwoĤci drewna – polimeru naturalnego – sĈ znacz-nie gorsze niİ wãaĤciwoĤci jego skãadnika strukturalnego, jakim jest ce-luloza , wystčpujĈca w drewnie w formie trwaãej kapilarno-porowatej wãóknistej struktury. Te wady drewna w XIX wieku starano sič
elimino-76 Wolina (weãna drzewna ), stosowana wspóãczeĤnie w formie pãyt budowlanych, jeszcze w XIX wieku sãuİyãa do wielu nietypowych zastosowaę. Wypychano niĈ ma-terace, poduszki, sienniki; po barwieniu byãa stosowana na maty oraz oploty dy-wanów. Produkowano z niej takİe sznury o Ĥrednicy od 10 do 60 mm uİywane do:
wytwarzania rdzeni do piaskowych form odlewniczych, owijania butelek z winem, jako czčĤci maszyn i mebli. Barwione sznury z weãny drzewnej , rozpičte w postaci girland, mogãy byþ elementem wystroju XIX-wiecznych sal balowych. Weãny drzew-nej uİywano teİ jako wkãad do Þ ltrów do oczyszczania wody lub klarowania piwa i octu. W postaci wacików byãa takİe materiaãem opatrunkowym w ówczesnych szpitalach i lazaretach (KOZAKIEWICZ i MATEJAK 2007 a).
77 Suprema – pãyta wykonana z cienkich i dãugich wiórów drzewnych (specjalnie skrawanych) spojonych pod ciĤnieniem.
78 Sprasowane czĈstki drewniane (wióry) oraz substancje wiĈİĈce (syntetyczne İywice melaminowe, rzadziej İywice: mocznikowa, fenolowa lub izocyjanianowa) oraz utwardzacz (formaldehyd).
79 WPC (ang. Wood-Plastic Composite) – sprasowana mieszanka drzewnych zmie-lonych odpadów produkcyjnych (wiórów, wičkszych fragmentów drewna tartacz-nego i pyãu drzewtartacz-nego) z tworzywem sztucznym (np. HDP, PCW, PP, ABS, PS, PLA); najczčĤciej w proporcji 1:1. W pewnych zastosowaniach do WPC dodaje sič barwniki, stabilizatory i elementy wzmacniajĈce. Tworzywo jest odporne na wilgoþ i biokorozjč.
80 Pãyty pilĤniowe o Ĥredniej gčstoĤci (ang. Medium Density Fiberboard) – wãókna drzewne spilĤnione z uİyciem pary wodnej i nastčpnie sprasowane. Czynnikiem wiĈİĈcym jest lignina zawarta w drewnie, moİliwe sĈ opcjonalne dodatki spajajĈce i wypeãniajĈce: İywice syntetyczne, sãoma zboİowa, juta.
81 Pãyty wykonane ze sprasowanej makulatury z dodatkiem kleju.
82 Nazwy handlowe: lignoston®, lignostone ® (ãac. lignum – drewno + ang. stone – ka-mieę), permali®.
83 Ang. Laminated Veneer Lumber (LVL), nazwy handlowe: lignofol ®, delignit ®, pan-zerholz®, pagholz®, obo-festholz®, lignaco®.
waþ np. przez ĤcieĤnianie struktury (prasowanie) lub nasycanie róİny-mi substancjaróİny-mi modyÞ kujĈcyróİny-mi w drodze zapeãniania porów drewna i mičdzymolekularnych przestrzeni Ĥcian komórkowych. Te ostatnie me-tody zmieniajĈ wartoĤci parametrów wytrzymaãoĤciowych drewna w po-İĈdanym kierunku, nie powodujĈc niszczenia jego naturalnej struktury.
Drewno lite prasowane z tworzywami sztucznymi (np. lignoston) jest wytwarzane przez prasowanie w podwyİszonej temperaturze z dodatkiem tworzyw sztucznych84, zwykle pod ciĤnieniem 30 MPa i w temperaturze 130°C. Technologič jego produkcji opracowano w la-tach dwudziestych XX wieku. WãaĤciwoĤci Þ zyczne lignostonu zaleİĈ od:
gatunku drewna,
ciĤnienia i temperatury prasowania,
rodzaju dodatków.
W trakcie prasowania drewno moİe byþ jednoczeĤnie nasycane İywi-cami syntetycznymi, metalami o niskiej temperaturze topnienia, olejami itp. W wyniku tych zabiegów otrzymuje sič materiaã o gčstoĤci docho-dzĈcej do 1500 kg/m3 i wytrzymaãoĤci na rozciĈganie (Rm) wzdãuİ wãó-kien do 330 MPa (wãaĤciwoĤci wytrzymaãoĤciowe sĈ lepsze od lignofolu;
przykãadowo Rm wzdãuİ wãókien dla wierzby jest równe 100 MPa, a dla jesionu 220 MPa).
Najlepszy efekt daje zastosowanie drewna gatunków liĤciastych roz-pierzchãonaczyniowych, ze wzglčdu na ich najlepszĈ zdolnoĤþ do wchãa-niania impregnatów. Najlepsze wartoĤci parametrów mechanicznych uzyskuje sič w przypadku drewna buku (s. 61).
Drewno prasowane warstwowo z tworzywami sztucznymi (np. li-gnofol , rys. 2-25), w odróİnieniu od lignostonu, skãada sič z fornirów, jest jednak formowane tak samo jak drewno lite prasowane z tworzywami sztucznymi. Jego parametry Þ zyczne zaleİĈ od:
kierunku wãókien w poszczególnych warstwach fornirów,
84 Na rynkach zagranicznych i handlach, zajmujĈcych sič sprzedaİĈ wyrobów z drewna, ukazaã sič nowy produkt pod nazwĈ „lignostonu”. Materjaã ten otrzymuje sič z drzew liĤcia-stych, które wãoİone w odpowiedni przyrzĈd w rodzaju prasy, przy równoczesnym zastoso-waniu wysokiej temperatury, zmniejszajĈ do poãowy swĈ objčtoĤþ. Wskutek tego drewno staje sič zupeãnie zbite, prawie nie porowate i nie ãupliwe, a jego cičİar gatunkowy wynosi 1,42.
Produkt ten wyrobiony jest w dwu gatunkach, a mianowicie w naturalnym i barwionym kolo-rze, a moİna go zupeãnie, jak drewno obrabiaþ i politurowaþ. Nowemu temu tworzywu otwie-ra sič szerokie pole zastosowania w miejsce dotychczas uİywanego drzewa bukszpanowego.
DziĤ z lignostonu wyrabiajĈ klamki, gaãki do szuß ad, rĈczki do pisania, oprawy do brzytew, noİy i widelcy, tudzieİ fajki, rčkojeĤci do lasek, parasoli i pieczĈtek, oraz wiele innych rzeczy (PADECHOWICZ 1929, s. 94).
uİytego gatunku (lub gatunków) drewna,
ciĤnienia i temperatury prasowania,
rodzaju dodatków.
Lignofol , przy gčstoĤci 1000-1200 kg/m3, jest blisko czterokrotnie tward-szy od litego drewna i maksymalnie dwuipóãkrotnie bardziej wytrzyma-ãy na rozciĈganie (jego Rm wynosi 200-250 MPa).
Lignofol wystčpuje w czterech formach (klasach): A – forniry lamino-wane wzdãuİnie, AW – forniry laminowane wzdãuİnie, jednak co kilka arkuszy o wzdãuİnym ukãadzie wãókien znajduje sič arkusz poprzeczny, B – laminowane krzyİowo oraz C – laminowane gwiaĮdziĤcie (orientacja wãókien w kaİdej kolejnej warstwie – pod kĈtem 45° w stosunku do wãó-kien w warstwie poprzedzajĈcej). Wytwarza sič go z fornirów gatunków liĤciastych (najczčĤciej z drewna bukowego , brzozowego lub bukowo--brzozowego o gruboĤci 0,8, 0,6 lub 0,5 mm) z udziaãem İywic sztucznych (najczčĤciej utwardzalnej İywicy fenolowej) (MILEWSKI 1970, SAECHTLING 1999). Stosuje sič co najmniej pičþ warstw forniru na 10 mm gruboĤci wy-robu. ZawartoĤþ İywicy w drewnie prasowanym moİe wynosiþ 7-35%
w zaleİnoĤci od tego, czy warstwy forniru sĈ tylko sklejone İywicĈ, czy równieİ zaimpregnowane (prasowane w warunkach podciĤnienia – nasĈ-czane İywicĈ, która przenika do struktury komórkowej drewna). W fazie prasowania pod ciĤnieniem 30-40 MPa w temperaturze 70-160°C nastč-puje utwardzenie İywicy w strukturze drewna. Dzički temu otrzymany materiaã ma znacznie lepsze wãaĤciwoĤci wytrzymaãoĤciowe niİ drewno wyjĤciowe. PostaciĈ handlowĈ sĈ pãyty i ksztaãtki o gruboĤci 4-180 mm, w których warstwy forniru sĈ uãoİone równolegle, krzyİowo lub gwiaĮ-dziĤcie. Drewno prasowane warstwowo z tworzywami sztucznymi klasy A ma lepsze wãaĤciwoĤci mechaniczne niİ drewno klasy B. Wynika to
Rys. 2-25. Drewno prasowane warstwowo z two-rzywami sztucznymi (lignofol )
z faktu, İe w procesie prasowania krzyİowa orientacja wãókien w po-szczególnych fornirach uniemoİliwia tak gčste ich upakowanie, jak to ma miejsce w przypadku ukãadu równolegãego.
Do specjalnych zastosowaę wytwarza sič lignofol z dodatkiem oleju maszynowego i graÞ tu. Uzyskuje sič w ten sposób samosmarownoĤþ wy-konanych z tego materiaãu panewek ãoİysk85, prowadnic itp. „Pancerne”
tworzywo o handlowej nazwie delignit ® jest niepalne i kuloodporne86. Po nasyceniu zwiĈzkami boru drewno prasowane z İywicami sztuczny-mi jest oferowane jako zabezpieczenie przed prosztuczny-mieniowaniem (ma zdol-noĤþ pochãaniania neutronów), co znajduje zastosowanie w medycynie i wojskowoĤci.
W XX wieku na skutek szybkiego postčpu Þ zyki ciaãa staãego, inİynie-rii materiaãowej i chemii polimerów powstaão i rozwinčão sič wiele no-wych technologii modyÞ kacji drewna tworzywami sztucznymi. įywice syntetyczne i monomery sĈ wprowadzane w strukturč drewna w stanie ciekãym, a nastčpnie usieciowywane pod wpãywem dziaãania ciepãa, ini-cjatorów chemicznych, promieniowania jonizujĈcego lub energii elektro-magnetycznej pól o wysokiej czčstotliwoĤci.
Drewno prasowane , szczególnie prasowane warstwowo, znalazão liczne zastosowania w przemyĤle maszynowym. Jeszcze w latach sie-demdziesiĈtych XX wieku wytwarzano z niego: wodzidãa, listwy prowa-dzĈce, sprčİyny, podwieszki sit, cichobieİne koãa zčbate, sprzčgãa cierne, pierĤcienie uszczelniajĈce pomp wodnych, panewki ãoİysk (szczególnie okrčtowych, ale nie tylko), koãa pasowe, obudowy maszyn, przekãadki dystansowe piã trakowych, blaty obrabiarek, rolki przenoĤników prze-mysãowych, czčĤci maszyn wãókienniczych (czóãenka tkackie, wrzeciona, szpule, bijaki, goęce, waãy foluszowe), czčĤci transformatorów (uchwyty izolujĈce, wsporniki, izolatory, podkãadki izolujĈce pod szyny, pãyty izo-lujĈce), Ĥruby, nakrčtki, podkãadki, trzonki narzčdzi, czčĤci modeli od-lewniczych i wiele innych (PARCZEWSKI i IN. 1969, BARANOWSKI 1986).
Wspóãczesne zastosowanie tworzyw drzewnych, w tym jako materiaã ãoİyskowy, opisano na s. 311 i dalszych.
Sklejka jest jednym z najstarszych tworzyw drewnopochodnych. Jest to materiaã powstajĈcy przez sklejanie pewnej liczby87 cienkich arkuszy drewna (tzw. fornirów) zazwyczaj w taki sposób, İe w kaİdej kolejnej
85 Wspóãczesne zastosowanie lignofolu do budowy ãoİysk opisano na s. 330-332.
86 WãaĤciwoĤci kuloodporne lignofolu opisano na s. 328-329.
87 W zdecydowanej wičkszoĤci przypadków jest to liczba nieparzysta.
warstwie przebieg wãókien (kierunek wzdãuİny na rys. 2-8 a, s. 33) jest prostopadãy do kierunku wãókien w warstwie poprzedzajĈcej. Dopie-ro taki ukãad zestawu, z którego po sprasowaniu w prasie w wysokiej temperaturze powstanie pãyta sklejki , pozwala uzyskaþ wãaĤciwoĤci or-totropowe. Przykãady sklejki w arkuszach oraz tzw. ksztaãtek sklejkowych przedstawiono na rysunku 2-26.
Do sklejania warstw stosuje sič kleje na bazie İywic syntetycznych (mocznikowe, melaminowe, fenolowe, rezorcynowe). įywice stosowa-ne do klejenia fornirów tworzĈcych sklejkč sĈ bardziej wytrzymaãe niİ drewno. W porównaniu z drewnem litym sklejka jest bardziej stabilna wymiarowo. Wystawiona na dziaãanie wilgoci jest nawet do siedmiu razy bardziej odporna na pčcznienie niİ inne materiaãy drewnopochod-ne. Ponadto sklejka powraca do swoich pierwotnych wymiarów po wy-schničciu. Charakteryzuje sič bardzo duİĈ udarnoĤciĈ i zachowuje tč wãaĤciwoĤþ nawet, gdy jest mokra. Jej wytrzymaãoĤþ mechaniczna jest wičksza od wytrzymaãoĤci drewna, z którego jest zrobiona.
Z reguãy arkusz sklejki jest zbudowany z fornirów z róİnych gatun-ków drewna (np. sosna –olsza lub brzoza–sosna ). W zaleİnoĤci od rodzaju zastosowanej masy klejowej rozróİnia sič sklejki (1) suchotrwaãe, (2) wo-doodporne z jasnĈ spoinĈ (póãwowo-doodporne), (3) wowo-doodporne (tab. 21).
OkreĤlenia „suchotrwaãa”, „póãwodoodporna” i „wodoodporna” doty-czĈ tylko i wyãĈcznie zastosowanych İywic (spoin ãĈdoty-czĈcych warstwy fornirów). Same forniry nie sĈ odporne na wodč. Sklejka „wodoodporna”
stosowana np. w szkutnictwie musi byþ dodatkowo zaimpregnowana.
Rys. 2-26. Sklejka – pãyty i ksztaãtki