Comparative Analysis of the Physical, Chemical, and Mechanical Properties of Scots Pine Wood (Pinus sylvestris) Grown in Sarıkamış and Other Pine Species

Abstract

Five different pine species naturally grow in Turkey's native forests: Pinus brutia (Turkish red pine), Pinus nigra (black pine), Pinus sylvestris (Scots pine), Pinus pinea (stone pine), and Pinus halepensis (Aleppo pine). Among them, Scots pine (Pinus sylvestris) is preferred for various applications due to its superior wood characteristics, such as narrower annual rings, straighter stems, and fewer wood defects compared to other pine species. Factors such as the tree's habitat, altitude, aspect, and soil properties significantly affect its wood properties. In this study, several chemical (extractives, hemicellulose, and alpha-cellulose), physical (density, tangential, radial, and longitudinal swelling), and mechanical (bending strength, modulus of elasticity, screw withdrawal resistance, and static hardness) properties of Scots pine wood, known for its advantageous technical qualities, were investigated. Chemical analysis revealed that the wood contains 4.42% extractive content, 27.72% hemicellulose, and 45.73% alpha-cellulose. According to physical tests, the oven-dry density was found to be 0.535 g/cm³; tangential, radial, longitudinal, and volumetric swelling ratios were 8.0%, 4.5%, 0.8%, and 13.3%, respectively. The fiber saturation point was determined to be 25%, and the water absorption capacity was 71%. Regarding mechanical properties, the average bending strength was recorded as 80.7 N/mm² on the tangential surface, 88.8 N/mm² on the radial surface, and 85.4 N/mm² at approximately 45° (diagonal direction). The highest value was observed on the radial surface, while the lowest occurred on the tangential surface. The average modulus of elasticity in bending was found to be 7525.5 N/mm² (tangential), 9030.6 N/mm² (radial), and 8853.4 N/mm² (diagonal direction).

Keywords

• Scots Pine
• chemical properties
• physical properties
• mechanical properties

Sarıkamış’ta Yetişen Sarıçam Odununun Fiziksel, Kimyasal ve Mekanik Özelliklerinin Diğer Çam Türleriyle Karşılaştırılması

Öz

Türkiye’nin doğal ormanlarında beş farklı çam türü yetişmektedir. Bunlar; Kızılçam, Karaçam, Sarıçam, Fıstıkçamı ve Halep çamıdır. Sarıçam ağacının odunu, diğer çam türleri odunlarına göre daha dar yıllık halka, daha düzgün gövde, daha az odun kusuru bulundurması gibi nedenlerden dolayı birçok kullanım yeri için tercih edilmektedir. Ağaçların yetişme yeri, rakım, bakı, toprak özellikleri gibi etkenler odun özelliklerini etkilemektedir. Bu çalışmada, üstün odun özellikleri nedeniyle tercih edilen Sarıçam odununun bazı kimyasal (ekstraktif, hemiselüloz ve alfa selüloz), fiziksel (yoğunluk, teğet yönde genişleme radyal genişleme ve boyuna genişleme) ve mekanik özellikleri (eğilme direnci, elastikiyet modülü, vida tutma direnci, statik sertlik) araştırılmıştır. Kimyasal analiz sonuçlarına göre Sarıçam odununun %4,42 oranında ekstraktif madde, %27,72 oranında hemiselüloz ve %45,73 oranında alfa selüloz içerdiği tespit edilmiştir. Fiziksel özelliklerin belirlenmesi için yapılan testler sonunda; tam kuru yoğunluk 0,535 gr/cm3, teğet, radyal, boyuna ve hacimsel genişleme yüzdeleri sırasıyla %8,0-4,5-0,8-13,3, lif doygunluk noktası %25 ve su alma miktarı %71 olarak belirlenmiştir. Mekanik özelliklerden; eğilme direnci ortalama değerleri teğet yüzeyde 80,7 N/mm2, radyal yüzeyde 88,8 N/mm2 ve çapraz yönde (~45°) 85,4 N/mm2 olarak en yüksek değer radyal yüzeyde elde edilirken en düşük değer teğet yüzeyde elde edilmiştir. Eğilmede elastikiyet modülü ortalama değerleri teğet yüzeyde 7525,5 N/mm2, radyal yüzeyde 9030,6 N/mm2 ve çapraz yönde (~45°) 8853,4 N/mm2 olarak belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Fiziksel özellikler
• kimyasal özellikler
• mekanik özellikler Sarıçam
• Sarıkamış.

References

1. Anonim. (1994). Sarıçam el kitabı dizisi: 7. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Muhtelif Yayınlar Serisi: 67, Ankara.
2. Ansell, M. P. (2011). Wood—a 45th anniversary review of JMS papers. Part 1: The wood cell wall and mechanical properties. Journal of Materials Science, 46(23), 7357–7368. https://doi.org/10.1007/s10853-011-5728-8
3. Anşin, R. (2001). Tohumlu bitkiler: Gymnospermae (Açık tohumlular) (Cilt I, 3. Baskı). K.T.Ü. Orman Fakültesi Yayınları, Trabzon.
4. As, N., Koç, H., Doğu, D., Atik, C., Aksu, B., Erdinler, S. (2001). Türkiye’de yetişen endüstriyel öneme sahip ağaçların anatomik, fiziksel, mekanik ve kimyasal özellikleri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 51(1), 71–88.
5. Atalay, İ. (2011). Türkiye vejetasyonu. Ege Coğrafya Dergisi, 20(1), 1–32.
6. Bal, B. C. (2006). Amonyaklı bakır quat (ACQ) emprenye tuzu ile emprenye edilen sarıçam (Pinus sylvestris L.) odununun bazı fiziksel ve mekanik özelliklerinin araştırılması (Yüksek lisans tezi). Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş.
7. Bal, B.C., Bektaş, İ, (2012). The physical properties of heartwood and sapwood of Eucalyptus grandis, Pro Ligno, 8 (4):35-43.
8. Bal, B. C. (2014). Some physical and mechanical properties of thermally modified juvenile and mature black pine wood. European Journal of Wood and Wood Products, 72, 61–66. https://doi.org/10.1007/s00107-013-0753-9

9. Bal, B. C., & Bektaş, İ. (2018). Odunun yoğunluğu ile mekanik özellikleri arasındaki ilişkinin belirlenmesi üzerine bir araştırma. Mobilya Ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1(2), 51-61. https://doi.org/10.33725/mamad.467353 Bal, B. C., Ayata, Ü., Çavuş, V., & Efe, F. T. (2018). Ceviz, maun, kestane ve ıhlamur odunlarında vida tutma kapasitesinin belirlenmesi. 5. Uluslararası Multidisipliner Çalışmaları Kongresi Bildiri Tam Metin Kitabı (pp. 383–396). 2–3 Kasım, Antalya, Türkiye.
10. Bal, B. C., Ayata, Ü. (2020). Karaçam ve karakavak odunlarının bazı mekanik özellikleri üzerine karşılaştırmalı bir çalışma. Turkish Journal of Forestry, 21(4), 461–467. https://doi.org/10.18182/tjf.795698
11. Boratynski, A. (1991). Range of natural distribution. In M. Giertych, C. Matyas (Eds.), Genetics of Scots pine (Developments in Plant Genetics and Breeding, pp. 19–30). Elsevier.
12. Borůvka, V., Novák, D., Šedivka, P. (2020). Comparison and analysis of radial and tangential bending of softwood and hardwood at static and dynamic loading. Forests, 11(8), 896. https://doi.org/10.3390/f11080896
13. Bozkurt, A. Y. (1971). Bazı ağaç türleri odunlarının tanımı, teknolojik özellikleri ve kullanım yerleri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları No: 177.
14. Bozkurt, A. Y., Erdin, N. (1995). Odun anatomisi (İğne yapraklı odunlarda tanıma özellikleri). İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları No: 6/3907.
15. Bozkurt, A. Y., ve Erdin, N., (1997). Ağaç Malzeme Bilgisi, İstanbul Üniversitesi Yayınları.
16. Bozkurt, A. Y., Erdin, N. (2000). Odun anatomisi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, O.F. Yayın No: 466. ISBN: 975-404-592-5.
17. Davis, P. H. (1965). Flora of Turkey and the East Aegean Islands (Vol. 1). Edinburgh University Press.
18. Doğan, B. (2018). Boraks ve borik asit ile emprenye edilmiş ve ısıl işlem görmüş karaçam odununun bazı fiziksel ve mekanik özellikleri (Yüksek lisans tezi). Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya.
19. Doruk, Ş., Altınok, M., Perçin, O. (2010). Isıl işlemin ağaç malzemenin bazı fiziksel ve mekanik özelliklerine etkisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 14(3), 262–270.
20. Erdin, N., Bozkurt, A. Y. (2013). Odun anatomisi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul.
21. Erten, P., Önal, S. (1987). Kızılçam odununun özellikleri, korunması, reçine üretimi ve kullanım yerleri. Orman Araştırma Enstitüsü Yayınları, El Kitapları Dizisi I, Ankara.
22. Erten, A.P., Sözen, M.R., 1997. Fıstık Çamı Pinus Pinea L., Camiyanı Karaçamı Pinus Nigra Arnold Ve Çınar Yapraklı Akçaağaç Acer Platonodies L. Odununun Bazı Fiziksel Ve Mekaniksel Özelliklerinin Belirlenmesi, İç Anadolu Ormancılık Araştırma Enstisüsü Yayınları, Teknik Bülten Serisi No. 266, Ankara.
23. Erten, P., Sözen, M. R. (1996). Halep çamı (Pinus halepensis Mill.) odunun fiziksel ve mekaniksel özelliklerinin belirlenmesi (Doğu Karadeniz Ormancılık Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü Teknik Bülten Serisi No: 268, s. 1-40). Trabzon.
24. Erten, P. ve Önal, S. (2001). Kızılçam. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, El Kitabı Dizisi:2, Muhtelif Yayınlar Serisi: 52. Ankara.
25. Farjon, A. (2010). A handbook of the world's conifers. Boston, MA, USA: Brill Academic Publishers.
26. Fengel, D., Wegener, G. (1984). Wood: Chemistry, ultrastructure, reactions. Berlin, Germany; New York, NY, USA: W. de Gruyter.
27. Genç, A. (2013). Afyonkarahisar Ömer-Gecek jeotermal kaynaklarında emprenye maddelerinin ve bu kaynaklarla işlem görmüş ahşabın bazı özelliklerinin incelenmesi (Yüksek lisans tezi). Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
28. Gömürgen, A. N. (2010). Ağaçlandırma tekniği. Isparta: Süleyman Demirel Üniversitesi Yayınları.
29. Gündüz, G., Aydemir, D. (2009). The influence of mass loss on the mechanical properties of heat-treated black pine wood. Wood Research, 54(4), 33–42.
30. Hafızoğlu, H., Usta, M. (2005). Chemical composition of coniferous wood species occuring in Turkey. Holz als Roh- und Werkstoff, 63, 83–85.
31. Kardaş, İ. (2014). Kütahya-Simav yöresi jeotermal kaynaklarının emprenye maddeleri açısından incelenmesi ve bu kaynakların ahşabın bazı özellikleri üzerine etkilerinin araştırılması (Yüksek lisans tezi). Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
32. Kollmann, F. F. P., Côté, W. A., (1968). Principles of Wood Science and Technology. Springer-Verlag.
33. Liu, J. (1999). Pinus sylvestris L. In Flora of China Editorial Committee (Eds.), Flora of China. Science Press (Beijing) & Missouri Botanical Garden Press (St. Louis).
34. Malaga-Toboła, U., Łapka, M., Tabor, S., Niesłony, A., Findura, P. (2019). Influence of wood anisotropy on its mechanical properties in relation to the scale effect. International Agrophysics, 33(3), 337–345. https://doi.org/10.31545/intagr/112688
35. Miksic, A., Myntti, M., & Koivisto, J. (2013). Effect of fatigue and annual rings’ orientation on mechanical properties of wood under cross-grain uniaxial compression. Wood Science and Technology, 47(6), 1117–1133. https://doi.org/10.1007/s00226-013-0562-4
36. Mirov, N. T. (1967). The genus Pinus. New York, USA: Ronald Press.
37. Öktem, E., Sözen, M., Erten, A. P. (1993). Yatağan Yöresi mevcut çevre kirliliği şartlarında kızılçam odununun fiziksel ve mekaniksel özellikleri. Uluslararası Kızılçam Sempozyumu Bildiriler Kitabı, (s. 636-647). Ankara: Orman Bakanlığı, Orman Genel Müdürlüğü, Yayın Dairesi Başkanlığı.
38. Öktem, E. (1994). Sarıçam odununun özellikleri ve kullanım yerleri. Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, El Kitabı Dizisi 7. ISBN: 975-7829-17-X.
39. Örs, Y., Keskin, H. (2001). Ağaç malzeme teknolojisi (1. baskı). Gazi Kitabevi, Ankara.
40. Richardson, D. M. (Ed.). (1998). Ecology and biogeography of Pinus. Cambridge University Press.
41. Serin, Z., Gümüşkaya, E. ve Ondaral, S. (2003). A review of the chemical composition of different softwoods, hardwoods and annual plants. In XXXI International Forest Students Symposium: Processing Book (s. 349-359). İstanbul.
42. TAPPI, T. (2009). 203 cm-99; Alpha, beta and gamma cellulose in pulp. TAPPI Test Methods, 1-5.
43. Tetik, M. (1994). Sarıçam- Sarıçamın Doğal Yayılışı. El Kitabı Dizisi: 7 – Sarıçam (Editör: Nejat GİRAY), Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları Muhtelif Yayınlar Serisi: 67 (285):31-38, Ankara
44. Toker, R. (1960). Batı Karadeniz sarıçamının teknik vasıfları ve kullanma yerleri hakkında araştırmalar (Ormancılık Araştırma Enstitüsü Yayınları, Teknik Bülten Serisi No. 10). Ankara.
45. TS EN 13446. (2002). Ahşap esaslı levhalar – Bağlayıcıların geri çıkma kapasitesinin tayini. Türk Standardları Enstitüsü (TSE).
46. TS ISO 13061-1. (2021). Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri – Kusursuz küçük ahşap numunelerin deney yöntemleri – Bölüm 1: Fiziksel ve mekanik deneyler için nem muhtevasının belirlenmesi. Türk Standardları Enstitüsü (TSE).
47. TS ISO 13061-2. (2021). Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için birim hacim ağırlığı tayini. Türk Standardları Enstitüsü (TSE).
48. TS ISO 13061-3. (2021). Odunun statik eğilme dayanımının tayini. Türk Standardları Enstitüsü (TSE).
49. TS ISO 13061-4. (2021). Odunun statik eğilmede elastiklik modülünün tayini. Türk Standardları Enstitüsü (TSE).
50. TS ISO 13061-12. (2021). Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için statik sertliğin tayini. Türk Standardları Enstitüsü (TSE).
51. TS ISO 13061-15. (2021). Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri – Küçük kusursuz odun numuneleri için deney yöntemleri (TS ISO 13061-15:2021). Türk Standardları Enstitüsü (TSE), Ankara.
52. TS ISO 13061-16. (2021). Odunun fiziksel ve mekanik özellikleri – Bölüm 16: Küçük kusursuz odun numuneleri için deney yöntemleri (TS ISO 13061-16:2021). Türk Standardları Enstitüsü (TSE), Ankara.
53. TS ISO 3129. (2021). Odun – Küçük kusursuz odun numunelerinin mekanik ve fiziksel muayenesi için genel gerekler ve numune alma yöntemleri. Türk Standardları Enstitüsü (TSE).
54. Turna, İ. (2003). Variation of some morphological and electrophoretic characters of 11 populations of Scots pine in Turkey. Israel Journal of Plant Sciences, 51(3), 223–230. https://doi.org/10.1560/M4RX-QBGM-JVYQ-74B8 URL-1.SarıçamPinus sylvestris range-01- Sarıçam (bitki) - Vikipedi Son Erişim Tarihi:24/02/2025.
55. Yaltırık, F. (1993). Dendroloji ders kitabı I: Gymnospermae (Açık tohumlular). İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları No: 3443.
56. Yaltırık, F., Efe, A. (2000). Dendroloji ders kitabı: Gymnospermae-Angiospermae (Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü öğrencileri için). İstanbul Üniversitesi Yayın No: 4265. ISBN: 975-404-594-1.
57. Wise, E. L., Karl, H. L. (1962). Cellulose and hemicellulose in pulp and paper science and technology: Pulp (Vol. 1). McGraw-Hill.