A faanyag hegesztése
Faipar.hu
18 Magyar Asztalos és Faipar 2008/4A meglepő cím nem áprilisi tréfa, bármily hihetetlenül hangzik is, e rendkívüli jelenség mára már valóság: igen, lehet két fafelületet egyesíteni idegen anyag, ragasztóanyag felhasználása nélkül. A jelenség felfedezéséhez,mint a nagy találmányokéhoz általában, a véletlen vezetett. Egy impozáns középkori svájci kisváros, Biel főiskoláján Balz Gfeller professzor már több mint 17 éve folytatott kísérleteket fa mintatestek egyesítésére, műanyagokfelhasználásával. A kísérletek során ömledékragasztót helyezve a középrétegbe, majd azt lineáris súrlódás által megömlesztvehoztak létre kötést. 2000-ben egy fiatal,éppen szerelmes és így a szokásosnál is szórakozottabb kolléga, a sokadik kísérletsorozatkivitelezésekor kifelejtette a műanyag réteget az egyesítendő fa alkatrészek közül. A véletlennek köszönhetően erősebb kötés jött létre a két fa-fa felület között, mint amilyena korábban műanyagok felhasználásávallétesített kötés szilárdsága volt. 2002-ben Antonio Pizzi professzor keresett és talált magyarázatot a jelenségre. Vizsgálatai kimutatták,hogy a két fafelület közötti mechanikaisúrlódás hatására 220 oC körüli hőmérsékletkeletkezik, a hő főként a hemicellulózbanés ligninben előforduló, a faanyagot felépítő sejtek közötti amorf polimereket (pl. xylánt) lágyítja, mintegy feloldja, miközben a 0,4–1,3 MPa-os összetartó nyomás az adAfaanyag hegesztésehéziós felületen anyagsűrűség-növekedést idéz elő. Az adhéziós rétegben a faanyag kristályos szerkezete átalakul, nagykoncentrációjúpolimer „massza” jön létre, ami a súrlódás megszűntével megszilárdul és létrehozza a kötést. A kihűlésig további 1,3–2,7 MPa nyomás alatt kell tartani az alkatrészeket, annak érdekében, hogy a szerkezeti ragasztókkal egyenértékű ragasztásiszilárdságot lehessen elérni. A fent leírt eljárást, amelynek során fafelületek egymásonvaló súrlódásának hatására nyomás alatt jön létre a kötés, Pizzi professzor vibrációs „lineáris faanyaghegesztésnek” nevezte el. A kötés szilárdságát számos paraméter befolyásolja,így a súrlódás időtartama, a nyomásnagysága és kifejtésének időtartama súrlódás alatt és után, valamint a súrlódás amplitúdója. Kedvező szilárdság, 12%-os nedvességtartalom, 100 Hz-es vibráció, 3 sec. hegesztési és 4–5 sec. összetartó nyomásmellett érhető el. A fafaj és a rostirány szintén jelentős befolyásoló paraméterek. Jó eredményt lehet elérni a bükknél, a fenyőfélék felhasználása kedvezőtlenebb. A lineáris faanyag-hegesztési eljárás egyik fő hátránya, hogy bár a kialakuló kötés szerkezeti ragasztás kategóriába sorolható, nedvességgel szembeni viszonylag gyenge ellenállása kizárólag beltéri ragasztások kivitelezését teszi lehetővé, kültéri ragasztásranem alkalmas. Az eljárással elsősorban tömörfa felületek egyesíthetők, alacsony bekerülési költsége és 100%-ig környezetbarátmivolta miatt azonban elterjedése várható a bútor- és asztalosiparban. 2002 év végére Pizzi professzor és H. F. Kanazawa egy további hegesztési eljárást fejlesztettek ki, a faanyagok fémcsavarokkal történő csavarozásának kiváltására, valamint a kültéri felhasználhatóságot célozva. A rotációs faanyaghegesztés a furat, és a nagy sebességgel, 1200–1500-as fordulatszámonbelehajtott „köldökcsap” átmérőbeli különbségén alapszik, pl. 10 mm átmérőjű köldökcsapot hajtanak be a 9,5 mm átmérőjűfuratba. Az eljárás során ugyanaz a jelenség játszódik le, mint lineáris hegesztésnél,a nagy súrlódás miatt az érintkező határfelületeken a faanyag megfolyik, majd a lineáris hegesztéshez hasonlóan a polimermasszában új kémiai kötések alakulnak ki. Kísérleti jelleggel, fa köldökcsappal, rotációs hegesztéssel vastagított, 2 és 3 méter hosszú fatartókat hoztak létre. A köldökcsapokat30 és 45o-os szög alatt hajtva be, még fenyőből készült tartók esetében is lehetővé vált elérni a kültéri kitettségnek is ellenálló kötésszilárdságot.A találmány 2005-ben elnyerte Ausztriábana „Schweighofer Innovation Prize in Wood Technology” 50 000 eurós fődíját, ugyanebben az évben Franciaországbana „Grand Prix de la Recherche de la Societe Industrielle de l’Est”, majd 2006-ban a svájci „Swiss Technology Award Finalist Prize” díjat. 2008. május 6-án Pizzi professzor Magyarországra, Sopronba látogat, ahol részt vesz és előadást tart a „Bonding of timber – Enhancing bondline performance” („Faanyagok ragasztása – a kötés teljesítményének fokozása”) nemzetközikonferencián. További részletes információ elérhető a http://www1.uni-hamburg.de/cost/e34 weblapon.Csiha CsillaA fotón a találmányban érintettek láthatók, a Schweighofer díjátadó ceremónián, középenPizzi professzor, kezében az oklevéllelKUTATÁS-FEJLESZTÉSA képen Gerrit T. Rietveld (1888-1964) holland tervező széke látható, amelyet első ízben vált lehetővé előállítani fém kötőelemeknélkül, rotációs faanyag hegesztéssel
