Experimental Investigation of The Effects of Heat Treatment and Climatic Application With Different Concepts on The Mechanical and Physical Performance of Structural Wood

Abstract

In this study, the samples of Scotch pine, chestnut and oak wood, which are widely used in the production of wood products, were heat treated with the ThermoWood method for 5 hours at 150°C, 4 hours at 170°C, 3 hours at 190°C, and 2 hours at 210°C. Variable effects of decreasing the processing time while increasing the temperature in heat treatment on wood properties were investigated. For this purpose, a total of 1440 samples were prepared from three wood species. After heat treatment, climatic treatment was applied to the samples at 20°C temperature 65% relative humidity, 40°C temperature 35% relative humidity, 10°C temperature 50% relative humidity conditions. In these examples, according to the relevant standards; density, bending strength, modulus of elasticity, thermal conductivity coefficient and heat permeability value changes were determined. As a result, it has been determined that while the losses in the physical and mechanical properties of wood due to structural deterioration are low in low temperature and long-term heat treatment concepts, these losses increase more in high temperature and short-term heat treatment concepts. In the samples with 170℃/4s and 190℃/3s heat treatment, the self-load and thermal conductivity coefficient of the wood decreased, the insulation and mechanical resistance values increased, and it was determined that the suitable climatic condition for wood use (in terms of equilibrium humidity) was 40C/35%.

Keywords

• heat treatment
• structural wood
• Thermal Conductivity Coefficient
• Modulus of Elastiticy
• Bending Strength

Farklı Konsepte Sahip Isıl İşlem ve Klimatik Uygulamanın Yapısal Ahşabın Mekanik ve Fiziksel Performansına Etkilerinin Deneysel İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, ağaç ürünler üretiminde yaygın olarak kullanılan Sarıçam, kestane ve meşe odunu örneklere 150℃’de 5 saat, 170℃’de 4 saat, 190℃’de 3 saat, 210℃’de 2 saatlik sıcaklık ve sürelerle ThermoWood yöntemiyle ısıl işlem uygulanmıştır. Isıl işlemde sıcaklık artarken işlem sürenin azalmasının ahşap özelliklerindeki değişken etkileri araştırılmıştır. Bu maksatla üç ahşap türünden toplam 1440 adet örnek hazırlanmıştır. Isıl işlemden sonra örneklere 20℃ sıcaklık %65 nispi nem, 40℃ sıcaklık %35 nispi nem, 10℃ sıcaklık %50 nispi nem şartlarında klimatik işlem uygulanmış ve bu örneklerde ilgili standartlara göre; yoğunluk, eğilme direnci, elastiklik modülü, ısı iletkenlik katsayısı ve ısı geçirgenlik değeri değişimleri belirlenmiştir. Sonuç olarak, düşük sıcaklık ve uzun süreli ısıl işlem konseptlerinde ahşabın yapısal bozunuma bağlı fiziksel ve mekanik özelliklerinde kayıpları az iken, yüksek sıcaklık ve kısa süreli ısıl işlem konseptlerinde bu kayıpların daha fazla arttığı, bu nedenle 170℃/4s ve 190℃/3s ısıl işlem konseptlerinin daha uygun olduğu, ahşabın öz yükünün ve ısıl iletkenlik katsayısının azaldığı, yalıtkanlığının ve mekanik direnç değerlerinin artış kaydettiği, ahşap kullanımı için (denge rutubeti bakımından) uygun olan iklim şartının ise 40C/%35 olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Isıl işlem
• yapısal ahşap
• ısıl iletkenlik
• elastikiyet modülü
• eğilme direnci

References

1. Kamdem D., Pizzi A., Jermannaud A., Durability of heat-treated wood, Holz als Roh-und Werkstoff, 60 No.1 (2002) 1-6.
2. Aydemir D., Gündüz G., Ahşabın Fiziksel, Kimyasal, Mekaniksel ve Biyolojik Özellikleri Üzerine Isıyla Muamelenin Etkisi, Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 11 No. 15 (2009) 61-70.
3. Doruk Ş., Perçin O., Isıl Işlemin Bazı Ağaç Malzemelerin Eğilme ve Basınç Direncine Etkileri, Politeknik Dergisi, 13 No. 2 (2010) 143-150.
4. Bekhta P., Niemz P. Effect of high temperature on the change in color, dimensional stability and mechanical properties of spruce wood, Holzforschung, 57 No.5 (2003) 539-546.
5. Boonstra M.J., Van Acker J., Kegel E., Effect of a two-stage heat treatment process on the mechanical properties of full construction timber, Wood Material Science and Engineering, 2 No. 3-4 (2007) 138-146.
6. Esteves B., Marques A.V., Domingos I., Pereira H. Influence of steam heating on the properties of pine (Pinus pinaster) and eucalypt (Eucalyptus globulus) wood. Wood science and technology, 41 No. 3 (2007) 193.
7. Özçifçi A., Altun S., Yapıcı F., Isıl İşlem Uygulamasının Ağaç Malzemenin Teknolojik Özelliklerine Etkisi, Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, (2009) 13-15.
8. Altunok M., Percin O., Doruk Ş., Effects of Heat Treatment on Technological Properties of Wood Material, Dumlupınar University Journal of Science, No. 23 (2010) 71-83.

9. Küreli İ., Altınok M., Percin O., Experimental Investigation of some technological Properties of Thermo Modified and Impregnated Wood Samples, Wood Research, No. 58 (2013) 369-380.
10. Fataraitė–Urbonienė E., Juodeikienė I., Albrektas D., Meškauskas S., Influence of Heat Treatment on the Static Bending Strength of Spruce Wood, Materials science, 25 No. 4 (2019) 455-459.
11. Metsä-Kortelainen S., Antikainen T., Viitaniemi P., The water absorption of sapwood and heartwood of Scots pine and Norway spruce heat-treated at 170 C, 190 C, 210 C and 230 C, Holz als Roh-und Werkstoff, 64 No. 3 (2006) 192-197.
12. Sacli C., Altinok M., Dogan N.N., Determining the effects of modification with natural tannin and climatic conditions on thermal transmittance in some types of wood, Journal of the Indian Academy of Wood Science, 18 No .1 (2021) 45-51.
13. Ordu M., Altunok M., Atilgan A., Ozalp M., Peker H. The Effects of Heat treatment on Some Mechanical Properties of Laminated Black Pine Pinus nigra, International Journal of Physical Science, 8 No .19 (2013) 1029-1035.
14. Güneş M., Altunok M., Ön Isıl İşlem Uygulanmış Ahşap Kirişlerin Farklı İklim Şartlarındaki Mekanik Davranışlarının İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 10 No.2 (2022).