Investigation of Effects of Heat Treatment on Bendings Strength of Some Broadleaf Trees Species by Using Taguchi Method

Abstract

The Taguchi method is an experiment design method that tries to minimize the variability that may occur in the product and process by reducing the number of experiments to be performed to reach the target value, and aims to provide time and cost savings in applications. In this study, heat treatment was applied to beech (Fagus orientalis L.), oak (Quercus robur L.), ash (Fraxinus excelsior L.) species, which are spread in our country, at 160, 180 and 200 °C for 2, 4 and 6 hours. The effects of temperature and time differences on the bending strength of wood material in heat treatment were investigated using Taguchi method by performing bending resistance tests of the samples after heat treatment. In the application of the Taguchi method, factors and levels suitable for the purpose were determined and the L9 (33) orthogonal array was chosen as the experiment plan. The results of the experiments were analyzed using the analysis of variance and Taguchi methods with a spreadsheet applied according to the S/N ratio. According to the results, after the statistical analysis, it was estimated that the best value obtained was oak wood in 160 °C for 2 h of heat treatment. The validation experiment result showed that it was consistent with the analysis result.

Keywords

• Taguchi method
• heat treatment
• ortogonal array
• beech
• ash
• oak

Isıl İşlemin Bazı Geniş Yapraklı Ağaç Türlerinde Eğilme Direnci Üzerine Etkilerinin Taguchi Metodu Kullanılarak İncelenmesi

Abstract

Taguchi metodu, hedef değere ulaşmak için yapılacak olan deney sayısını azaltarak, ürün ve süreçte oluşabilecek değişkenliği en aza indirgemeye çalışan bir deney tasarımı yöntemi olup, uygulamalarda zaman ve maliyet kazancı sağlamaktadır. Bu çalışmada, ülkemizde yayılışı bulunan doğu kayını (Fagus orientalis L.), sapsız meşe (Quercus petraea L.) ve adi dişbudak (Fraxinus excelsior L.) türlerine 160, 180 ve 200 °C sıcaklıklarda, 2, 4 ve 6 saat süreyle ısıl işlem uygulanmıştır. Isıl işlem sonrasında, örneklere eğilme direnci testleri yapılmış, ısıl işlem sırasındaki sıcaklık ve süre farklılıklarının ağaç malzemenin eğilme direnci üzerine etkileri Taguchi yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Taguchi metodunun uygulamasında, amaca uygun faktör ve seviyeler belirlenerek, L9 (33) ortogonal dizisi deney planı olarak seçilmiştir. Deneysel bulgulara S/N oranına göre hesap tablosu uygulanmış, varyans analizi ve Taguchi yöntemleri kullanılarak analiz edilmiştir. Sonuçlara göre, istatistiksel analizler sonrasında elde edilen en iyi değerin meşe türünde 160 °C’de 2 saatlik uygulama ile sağlanacağı tahmin edilmiştir. Yapılan doğrulama deney sonucu, analiz sonucu ile tutarlılık göstermiştir.

Keywords

• Taguchi metodu
• ısıl işlem
• ortogonal dizin
• kayın
• adi dişbudak
• sapsız meşe

References

1. Akkılıç, H., Kaymakcı, A., Ünsal, Ö. (2014). Isıl işlem uygulanmış ahşap malzemenin dış cephe kaplaması olarak değerlendirilme potansiyeli, 7. Ulusal Çatı & Cephe Sempozyumu, 3-4.
2. Alhalabi, K., Sabır, E.C. (2011). Anti Statik Yağın İplik Kalite Parametrelerine Etkisi, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt: 26/2, 19-32.
3. Anşin, R., Özkan, Z. C. (1997). Tohumlu Bitkiler (Spermatophyta) Odunsu Taksonlar, Karadeniz Teknik Üniversitesi Orman Fakültesi.
4. Aydemir, D., Gündüz, G. (2009). Ahşabın Fiziksel, Kimyasal, Mekaniksel ve Biyolojik Özellikleri Üzerine Isıyla Muamelenin Etkisi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 11 (15), 71-81.
5. Beram, A., Yaşar, S. (2018). NaOH ile Modifiye Edilmiş Kızılçam (Pinus brutia Ten.) Yongalarının Levha Üretimindeki Performansı. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9, 187-196.
6. Berkel, A. (1972). Ağaç Malzeme Teknolojisi Cilt II: Ağaç Malzemenin Korunması ve Emprenye Tekniği, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi, İstanbul Üniversitesi, Orman Fakültesi Yayınları, 183, 386s, İstanbul.
7. Dagbro, O. (2016). Studies on Industrial-Scale Thermal Modification of Wood, Doctoral dissertation, Luleå University of Technology.
8. Gökçe, B., Taşgetiren, S. (2009). Kalite İçin Deney Tasarımı”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, Cilt: 6/1, 71-83.

9. Güler, G., Yaşar, S. (2018). Kermes Meşesi (Quercus coccifera L.) Odununun Bazı Kimyasal Özelliklerinin İncelenmesi ve Yongalevha Üretiminde Değerlendirilmesi. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 20, 184-193.
10. Hammond, J. J, Donnely, E. T., Harrod, W. F., Rayner, N. A (1969). Woodworking technology, McKnight Publishing Company, 74-76.
11. Hill, C.A.S. (2006). Wood Modification: Chemical, Thermal and Other Processes, John Wiley & Sons Ltd., London. http://dx.doi.org/10.1002/0470021748.
12. Montgomery, D. C. (2017). Design and Analysis of Experiments, John Wiley & Sons Inc., USA.
13. OGM. (2015). Türkiye Orman Varlığı 2015. T.C. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Orman Genel Müdürlüğü, Ankara.
14. Pınarbaşı, A. (2020). Taguchi metodu nedir. https://www.muhendisbeyinler.net/taguchi-metodu-nedir/ (Son erişim tarihi: 25.02.2021)
15. Rapp, A.O. Sailer, M. (2000). Heat treatment of wood in Germany-State of the art, Proceedings of the Seminar on Production of Heat Treated Wood in Europe, Helsinki.
16. Savaşkan, M., Taptık, Y., Ürgen, M. (2004). Deney Tasarımı Yöntemi ile Matkap Uçlarında Performans Optimizasyonu, İTÜ Dergisi/d, Cilt: 3/6, 117-128.
17. Şahin, A. (2016). Marmara Bölgesindeki meşe ormanlarının yayılışı, işletme amaçları ve planlanması. Orman Genel Müdürlüğü Marmara Ormancılık Araştırma Enstitüsü, Uluslararası Katılımlı Meşe Çalıştayı Bildiriler Kitabı, 18-20 Ekim, İğneada – Kırklareli, s. 27-51.
18. Taguchi, G., Chowdury, S., Wu, Y. (2005). Taguchi’s quality engineering hanbook. ASI consulting group, LLC, Livonia, Michigan, ISBN 0-471-41334-8.
19. TS 2474, (2005). Odunun Statik Eğilme Dayanımının Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
20. TS-EN 325, (2012). Ahşap Esaslı Levhalar Deney Parçalarının Boyutlarının Tayini. TSE, Ankara.
21. Tomak, E., D. (2011). Masif Odundan Bor İşleminin Yıkanmasını Önlemede Yağlı Isıl İşlemin ve Emülsiyon Teknikleri ile Emprenye İşlemin Etkisi, Doktora Tezi, K.T.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
22. Tomak, E.D., Ustaomer, D., Yıldız, S., Pesman, E. (2014). Changes in Surface and Mechanical Properties of Heat Treated Wood During Natural Weathering., Elsevier Journal, Measurement 53, 30–39.
23. Yaltırık, F. (1978). Türkiye’deki Doğal Oleaceae Taksonlarının Sistematik Revizyonu”, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayın No: 2404.
24. Yaşar, S. (2009). Kızılçam (Pinus Brutia Ten.) Ekstraktif Maddelerinde Isıl İşlem Uygulanması Sonucu Oluşan Renk Değişimleri Üzerine Araştırma. Turkish Journal of Forestry , 10 (1) , 95-100.
25. Yaşar, S., Güntekin, E., Cengiz, M., Tanrıverdi, H. (2010). The correlation of chemical characteristics and UF Resin ratios to physical and mechanical properties of particleboard manufactured from vine prunings. Scientific Research and Essays, 5, 737-741.
26. Yaşar, S., Beram, A., Güler, G. (2017). Kermes Meşesi (Quercus coccifera L.) Odunu Fenolik Ekstraktifleri. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8, 73-78.
27. Yaşar, S., Uz, A., Beram, A. (2020). Isıl İşlem Görmüş Kızılçam (Pinus brutia Ten.) Yongalarından Üretilen Levhaların Bazı Özellikleri. Bilge International Journal of Science and Technology Research, 4 (1): 14-20.
28. Yazıcı, D. (2010). Halı Üretiminde Elyaf Boyama Prosesinin Deneysel Tasarım Metoduyla İyileştirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kayseri.
29. Yıldız, S. (2002). Isıl İşlem Uygulanan Doğu Kayını ve Doğu Ladini Odunlarının Fiziksel, Mekanik ve Kimyasal Özellikleri. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Doktora Tezi, Trabzon.