The effect of heat treatment on the surface roughness parameters and shore D hardness of Siberian pine wood used indoors and outdoors in Siberia

Abstract

It is known that Siberian pine grows in Siberia and its wood is used in pencil making, construction sites, house construction, musical instruments, furniture and various handicrafts with its light, soft, well-workable feature, smoothness and beautiful texture. In this study, the parameters (Ra, Rz and Rq) of surface roughness and shore D hardness values were investigated after applying different abrasives (80, 100, 120, 150, 180 and 220 of number of sand) were applied on samples prepared from Siberian pine (Pinus sibirica) wood that was heat-treated (ThermoWood) at 212^oC for 2 hours and untreated. According to the results of the research, the roughness parameters and shore D hardness values decreased by heat treatment. After heat treatment, there was a decrease of 20.43% in shore D hardness value, 22.16% in Ra parameters in 80 number, 26.25% in 100 number, 36.42% in 120 number, 35.71% in 150 number, 36.38% in 180 number and 50.88% in 220 number. In addition, it had been observed that with the increase of the sanding number, the roughness values decreased, there was a change in the surface quality and good results were determined.

Keywords

• Siberian pine
• Pinus sibirica
• shore D hardness
• surface roughness
• heat treatment

Sibirya’da iç ve dış mekânlarda kullanılan Sibirya çamı odununun yüzey pürüzlülüğü parametreleri ve shore D sertlik değeri üzerine ısıl işlemin etkisi

Abstract

Sibirya çamının Sibirya’da yetiştiği ve odununun hafif, yumuşak, iyi işlenebilen özelliği, düzgünlüğü ve güzel doku yapısı ile kalem yapımında, inşaat alanlarında, ev yapımında, müzik aletleri yapımında, mobilya alanında ve çeşitli el sanatlarının yapımında kullanıldığı bilinmektedir. Bu araştırmada, 212^oC’de 2 saat sürede ısıl işlem (ThermoWood) uygulanmış ve uygulanmamış Sibirya çamı (Pinus sibirica) odununda hazırlanmış olan örnekler üzerinde farklı zımparalar (80, 100, 120, 150, 180 ve 220 numaralı) uygulandıktan sonra yüzey pürüzlülüğüne ait parametreleri (Ra, Rz ve Rq) ve shore D sertlik değerleri araştırılmıştır. Araştırma sonuçlarına göre, pürüzlülük parametreleri ve shore D sertlik değerleri ısıl işlem ile azalmıştır. Isıl işlem sonrası shore D sertlik değerinde %20.43’lük, Ra parametrelerinde 80 numarada %22.16’lık, 100 numarada %26.25’lik, 120 numarada %36.42’lik, 150 numarada %35.71’lik, 180 numarada %36.38’lik ve 220 numarada %50.88’lik oranlarda azalmalar meydana gelmiştir. Buna ek olarak, zımpara numarasının artması ile pürüzlülük değerlerinin de azaldığı, yüzey kalitesinde artış olduğu ve iyi sonuçlara ulaşıldığı belirlenmiştir.

Keywords

• Sibirya çamı
• Pinus sibirica
• shore - D
• yüzey pürüzlülüğü
• ısıl işlem

References

1. Anderson, L.O., (1967), Selection and Use of Wood Products for Home and Farm Buildings, Agricultural Information Bulletin No. 311, Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office.
2. Anonim, (2003), ThermoWood® Handbook, Finnish ThermoWood Association, Helsinki, Finland.
3. ASTM D 2240, (2010), Standard test method for rubber property-durometer hardness, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania, United States.
4. Ayata, U., Gurleyen, T., Gurleyen, L., Cakicier, N., (2018), Determination of surface roughness parameters of heat-treated and untreated scotch pine, oak and beech woods, Furniture and Wooden Material Research Journal, 1(1), 46-50. DOI: 10.33725/mamad.433945.
5. Aytin, A., (2013), Yabani kiraz (Cerasus avium (l.) Monench) odununun fiziksel, mekanik ve teknolojik özellikleri üzerine yüksek sıcaklık uygulamasının etkisi, Düzce Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Düzce.
6. Ayata, Ü., (2020), Ayous odununun bazı teknolojik özelliklerinin belirlenmesi ve ısıl işlemden sonra renk ve parlaklık özellikleri, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 3(1), 22-33. DOI: 10.33725/mamad.724596.
7. Çamlıbel, O., Ayata, Ü., (2020), Monkey pod odununda yüzey pürüzlülüğü parametrelerinin ve shore-D sertlik değerinin belirlenmesi, Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 3(2), 93-100. DOI: 10.33725/mamad.827211.
8. Demirci, S., Acar, M., Balıkcı, E., Diler, H., Erdil, Y.Z., (2016), Comparison of some physical and mechanical properties of various heat-treated and untreated wood, IFC2016 International Furniture Congress, 13-15 October 2016, Turkey, 121-127.

9. Esteves, B., Şahin, S., Ayata, Ü., Domingos, I., Ferreira, J., Gurleyen, L., (2021), The effect of heat treatment on shore D hardness of some wood species, Bioresources, 16(1), 1482-1495. DOI: 10.15376/biores.16.1.1482-1495.
10. Hillis, W.E., (1984), High temperature and chemical effects on wood stability, Wood Science and Technology, 18, 281-293.
11. Hiziroglu, S., Zhong, Z.W., Ong, W.K., (2014), Evaluating of bonding strength of pine, oak and nyatoh wood species related to their surface roughness, Measurement, 49, 397-400. DOI: 10.1016/j.measurement.2013.11.053.
12. ISO 554, (1976), Standard atmospheres for conditioning and/or testing, International Standardization Organization, Geneva, Switzerland.
13. ISO 16610-21, (2011), Geometrical Product Specifications (GPS) - Filtration - Part 21: Linear Profile Filters: Gaussian Filters, Standard.
14. Jankowska, A., Wójcik, A., Jenczyk-Tołłoczko, I., (2013), Determination of thermal properties of wood of Pinus sibirica Du Tour, Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW Forestry and Wood Technology, No. 82/2013.
15. Jankowska, A., Anders, B., Mastyna, B., (2017), Characteristic technical properties of Siberian yellow pine (Pinus sibirica Du Tour.) wood, Sylwan, 161(9), 756-762.
16. Karlinasari, L., Lestari, A.T., Priadi, T., (2018), Evaluation of surface roughness and wettability of heat-treated, fast-growing tropical wood species sengon (Paraserianthes falcataria (L.) I.C. Nielsen), jabon (Anthocephalus cadamba (Roxb.) Miq), and acacia (Acacia mangium Willd.), International Wood Products Journal, 9(3), 142-148. DOI: 10.1080/20426445.2018.1516918.
17. Kartal, Z.N., (2019), Borik asit ve polikaprolakton modifikasyonunun ahşabın biyolojik dayanım ve boyut stabilizasyonu ile bor yıkanmasına etkisi, Bursa Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Bursa.
18. Kasemsiri, P., Hiziroglu, Rimdusit, S., (2012), Characterization of heat treated eastern redcedar (Juniperus virginiana L.), Journal of Materials Processing Technology, 212(6), 1324-1330. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2011.12.019.
19. Khutorshchikov, I.S., (1960), Bumazhnaya Promyshlennost, (1): 15.
20. Kotilainen, R., (2000), Chemical Kotilainen R. Chemical changes in wood during heating at 150-260, 1C. PhD thesis, Jyva “skyla” University. Research report 80, Finland.
21. Kuznetsova, G.V., (2007), The variation among clima types of Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) in the south of Krasnoyarskiy kray, Khvoynyye borealnoy zony, 24(4-5), 423.
22. Leite, S.S., Jesus, G.M.K., Alves, M.C.S., Valarelli, I.D., Bueno, M.A.P., Christiane, F., Magorbo, R.D., Alexandre Moizes, F.A., Salvadeo, V.M., (2019), Analysis of the parameters affecting the surface sanding of Pinus elliottii and Corymbia citriodora wood species, BioResources, 14(2), 2773-2783. DOI: 10.15376/biores.14.2.2773-2783.
23. Matveeva, R.N., Butorova, O.F., Bratilova, N.P., (2003), Useful properties and methods of reproduction of Pinus sibirica (Krasnoyarsk: SibGTU) p 154.
24. Palermo, G.P.M., Latorraca, J.V.F., Moura, L.F., Nolasco, A.M., Carvalho, A.M., Garcia, R.A., (2014), Surface roughness of heat treated Eucalyptus grandis wood, Maderas. Ciencia y tecnología, 16(1), 3-12: DOI: 10.4067/S0718-221X2014005000001.
25. Perçin, O., Uzun, O., Saçlı, C., (2016), Determination of the some physical properties and surface roughness of heat-treated oak (Quercus petraea L.) wood, IFC2016 International Furniture Congress 13-15 October 2016, 359-363.
26. Priadi, T., Hiziroglu, S., (2013), Characterization of heat-treated wood species, Materials and Design, 49: 575-582. DOI: 10.1016/j.matdes.2012.12.067.
27. Rogachev, A.D., Salakhutdinov, N.F., (2015), Chemical composition of Pinus sibirica (Pinaceae), Chemistry & Biodiversity,12: 1-53.
28. Salca, E.A., Hiziroglu, S., (2014), Evaluation of hardness and surface quality of different wood speciesas function of heat treatment, Materials and Design, 62: 416-423. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.05.029.
29. Sarkhad, M., Ishiguri, F., Nezu, I., Tumenjargal, B., Takahashi, Y., Baasan, B., Chultem, G., Ohshima, J., Yokota, S., (2020), Preliminary evaluation for quality of dimension lumber in four common softwoods in Mongolia, Journal of Wood Science, 66: 72. DOI: 10.1186/s10086-020-01919-7.
30. Shikov, A.N., Makarov, V.G., Ryzhenkov, V.E., (2004), Plant fixed oils and oil extracts: technology, standardization, properties, Russian Doctor, Moscow.
31. Söğütlü, C., (2005), Bazı faktörlerin zımparalanma ağaç malzeme yüzey pürüzlülüğüne etkisi, Politeknik Dergisi, 8(4), 345-350.
32. Söğütlü, C., Nzokou, P., Koc, I., Tutgun, R., Döngel, N., (2016), The effects of surface roughness on varnish adhesion strength of wood materials, Journal of Coatings Technology and Research, 13(5), 863-870. DOI: 10.1007/s11998-016-9805-5.
33. Şanıvar, N., Zorlu, İ., (1980), Ağaçişleri Gereç Bilgisi Temel Ders Kitabı, Mesleki Ve Teknik Öğretim Kitapları, Milli Eğitim Basımevi, İstanbul, Etüd ve Programlama Dairesi Yayınları No: 43, 472 sayfa.
34. Wang, C., (2011), Study on the introduction and seed origin experiment of Pinus sibirica, Thesis for M.S., Northeast Forestry University, Supervisor: Jiang J., p. 1-7.
35. Zhuk, E.A., Goroshkevich, S.N., (2012), Factors of intraspecies variation of Siberian stone pine in latitudinal and altitudinal transects, Khvoynyye Borealnoy Zony, 27(3-4), 61-66.