Faanyagok modifikálása az NymE Faipari Mérnöki Karán

A nyár színváltozása forró növényi olajban történő kezelés hatására. (Balról jobbra kettesével: kezeletlen; 160 °C 2, 4 és 6 óra; 200 °C 2, 4 és 6 óra)

A faanyagok modifikálásának témáját először a GVOP „Vegyszermentes Faanyagvédelem” című projektünk keretében „vittük ki az iparba” (2007). E projektben akác faanyag száraz termikus kezelési menetrendjeinek kidolgozása és egy berendezés prototípusának megépítése volt a cél. A faanyagok modifikálásának témája egyre több kutatási feladatot jelentett és jelent ma is az intézetünkben. A faipari mérnöki szak tantervében a témát önálló tárgy keretében oktatjuk. Röviden tekintsük át az intézetünkben folytatott, témába vágó kutatásokat.

Faanyagok száraz termikus kezelése

Rendelkezünk programozható kísérleti hőkezelő kamrával, mely atmoszférikus nyomáson dolgozik. 2010-ben beszereztünk egy kombinált hőkezelő-gőzölő berendezést is, kb. 0,5 m3 befogadókapacitással. Az autokláv alkalmas vákuumban, inert gázokban és gőzben történő kezelések lefolytatására 250 °C-os hőmérsékletig. Az eddig vizsgált fafajok: csertölgy, akác, nyár, gyertyán, bükk. A kezelések eredményeként jelentősen javult a gombaállóság, csökkent a faanyag zsugorodás-dagadási képessége. A faanyagok színe kellemes sötétbarnára változott, egyes menetrendekkel „ébenfekete” anyagokat is sikerült előállítani. A kedvező tulajdonságok mellett nem szabad elhallgatni, hogy nagymértékben (50–70%) csökkentek a rostra merőleges irányú szilárdságok és a fajlagos ütő-törő munka. A keménység és a nyomószilárdság ugyanakkor kismértékű növekedést mutatott. Igazoltuk, hogy az inert gázokban történő kezelés mellett a szilárdságcsökkenés mértéke kisebb, de továbbra is biztosíthatók az alacsony zsugorodás-dagadási értékek.

Faanyagok termikus kezelése forró olajokban (OHT-fa)

A hőkezelési eljárások eredményessége nagyban függ a faanyag átmelegítésének sebességétől, egyenletességétől és az oxidatív folyamatok kordában tartásától, a túlzott bomlás elkerülése érdekében. A forró növényi olajokban történő hőkezelés megoldást nyújt az említett problémákra. Kísérleteinkben napraforgó-, repce- és lenolajban kezeltük a faanyagokat. Azt tapasztaltuk, hogy a zsugorodási jellemzők 50%-os javulása mellett a kezelt faanyagok nagyobb szilárdsággal rendelkeznek a száraz termikus kezeléshez képest. A kezeléseket 160 °C és 200 °C mellett hajtottuk végre. Az olajban történő kezelés további előnye az igen rövid kezelési idő (25 mm-es vastagságú nyárfa deszka esetében szárítással együtt 6 h). Meg kell azonban jegyezni, hogy a tömörebb struktúrájú akácnál hosszabb kezelési idők szükségesek a kíméletesebb felfűtés miatt.

Faanyagok tömörítése hő alkalmazása mellett (THM-fa)

Egy-egy termékcsoport esetében gyakran egyetlen anyagjellemzőn múlik, hogy az adott fafaj megfelel-e a követelményeknek vagy sem. A nyarak esetében beltéri használathoz a felületi keménység az a jellemző, ami korlátozza a felhasználást. Célunk egy kis sűrűségű, de nagy felületi keménységű anyag létrehozása volt. A felszín úgynevezett thermo-higro-mechanikai tömörítésével – vagyis hő, vízgőz és nyomás alkalmazásával – a nyarak oldalkeménységét az igen alacsony 10 N/mm2-es értékről 22 N/mm2-re sikerült növelni. 30%-os tömörítés mellett a keménység 120%-kal nőtt és elérte a hegyijuhar értékét, amely fafaj már a parkettagyártás egyik kedvelt alapanyaga. A növelt felszíni keménység mellett 2–3 mm-es mélységben kellemes barna színt is kapott a faanyag.

Próbatestek színváltozása a kitettség hatására (A képeken alul a kezdeti állapot, felül a féléves kitettség utáni) a) Akác kontroll; b) Akác 160 °C/2 óra; c) Akác 200 °C/6 óra d) Nyár kontroll; e) Nyár 160 °C/2 óra; f) Nyár 200 °C/6 óra

Faanyagok acetilezése

A kémiai modifikációs eljárások egyik ígéretes módja a faanyagok vízkedvelő, ún. OH-gyökeinek acetilcsoportokra történő cseréje. Kísérleteink középpontjában az akác és a nyár faanyag állt. A nyár faanyagnál 70%-os zsugorodáscsökkenést sikerült elérni úgy, hogy a faanyag mechanikai szilárdságai nem csökkentek. Az akác faanyag kompakt szerkezete miatt tömörfaként nem kezelhető hatásosan a kis behatolási mélység miatt. Furnérként, forgácsként azonban itt is jó eredmények érhetők el (pl. időjárásálló lemezek). Az eljárás meglehetősen eszközigényes és körülményes, a kezeléshez használt ecetsav-anhidrid beszerzése pedig külön engedélyhez kötött. A kezelt faanyagok színe jellemzően fakul, de megfelelő felületkezeléssel újra élénkíthető. Az esetsav az anyagban hosszú ideig érződik (kipárolgás), és a vasalatok kiválasztásánál fokozott korrózióra kell számítani.

Kültéri igénybevétel

Egy módosított faanyag vizsgálata a laboratóriumokban kezdődik, de ott nem érhet véget. Mára szinte közismert tény, hogy a hőkezelt faanyagok szép barna színét védeni kell a napsugárzás fakító hatásával szemben. Egy adott termék gyártása előtt a valós igénybevételek melletti vizsgálatokat is el kell végezni. Azt tapasztaltuk, hogy bár a kezelt lombos faanyagok (bükk, gyertyán pl.) egy része rendkívül magas gombaállóságot mutatott, a kültéri igénybevételeket mégsem bírta. A sokszor ismétlődő zsugorodás-dagadás igénybevétel (eső, szél, napsugárzás) mikro-, majd makrorepedéseket idézett elő a felületeken. A gombaállósággal szintén hasonló a helyzet. A laborban „jól vizsgázó” anyagok a tartós kimosódás hatására (pl. talajban) a vártnál hamarabb tönkremehetnek.

Dr. habil. Németh Róbert, egyetemi docens
Ábrahám József, intézeti munkatárs
Bak Miklós, PhD-hallgató
Prof. dr. Molnár Sándor, egyetemi tanár

Tetszett a cikk?