Effects of heat treatment in the presence of nitrogen gas on some mechanical properties of poplar wood

Abstract

In this study, the effects of heat treatment performed in the presence of nitrogen gas on some mechanical properties of poplar (Populus subsps.) wood were determined. Two different heat transfer media, nitrogen gas and air, were used as heat transfer media, and the effect of heat treatment on some mechanical properties was investigated. In this study, as a pre-treatment, the air in the wood cavities was removed by vacuum and nitrogen gas was transferred instead in a group. Then, heat treatment was applied and the effect of this pre-treatment was also determined. In laboratory experiments, mechanical properties such as static bending strength, modulus of elasticity in bending, impact bending were investigated. According to the data obtained; it was determined that heat treatment has an effect on the mechanical properties of poplar wood. While the bending strength and impact bending decreased after heat treatment, it was determined that the elastic modulus increased a little. It has been determined that the effect of heat treatment in the presence of nitrogen gas on mechanical properties is less than those performed in the presence of air.

Keywords

• Heat treatment
• Poplar wood
• Nitrogen gas
• Mechanical properties

Azot gazı varlığında yapılan ısıl işlemin kavak odununun bazı mekanik özellikleri üzerine etkileri

Abstract

Bu çalışmada, azot gazı varlığında yapılan ısıl işlemin, kavak (Populus subsps.) odununun bazı mekanik özellikleri üzerine etkileri belirlenmiştir. Isı transfer aracı olarak azot gazı ve hava olmak üzere iki farklı ısı transfer aracı kullanılmış ve ısıl işlemin bazı mekanik özellikler üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada, bir gruba ön işlem olarak vakumla odun boşluklarındaki havanın uzaklaştırılması ve yerine azot gazı transferi yapılmıştır. Sonra, ısıl işlem uygulanmıştır ve bu ön işlemin etkisi de belirlenmiştir. Laboratuvar denemelerinde statik eğilme direnci, eğilmede elastikiyet modülü, şok direnci gibi mekanik özellikler araştırılmıştır. Elde edilen bulgulara göre; ısıl işlemin, kavak odununun mekanik özellikleri üzerine etkili olduğu belirlenmiştir. Eğilme direnci ve şok direnci ısıl işlem sonrası azalırken, elastikiyet modülünün bir miktar arttığı belirlenmiştir. Azot gazı varlığında yapılan ısıl işlemin mekanik özelikler üzerine etkisinin, hava varlığında yapılanlara göre daha az olduğu tespit edilmiştir..

Keywords

• Isıl işlem
• Kavak odunu
• Azot gazı
• Mekanik özellikler

References

1. Ayata, Ü., Gürleyen, T., Gürleyen, L., 2018. Effect of heat treatment on color and glossiness properties of zebrano, sapelli and merbau woods. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1(1): 11-20. DOI: 10.33725/mamad.428913.
2. 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.
3. Bal, B.C., 2013. A comparative study of the physical properties of thermally treated poplar wood and plane wood. BioResources, 8(4): 6493-6500. DOI: 10.15376/biores.8.4.6493-6500
4. 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. DOI: 10.1007/s00107-013-0753-9.
5. Bal, B.C., Bektaş, İ, 2013. The Effects of heat treatment on some mechanical properties of juvenile wood and mature wood of Eucalyptus grandis. Drying Technology, 31(4): 479-485. DOI: 10.1080/07373937.2012.742910.
6. Bal, B.C., 2016. Sıcak bitkisel yağ ile muamele edilen Toros göknarı odununun bazı fiziksel özellikleri. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(2): 20-26. DOI: 10.17780/ksujes.58765
7. Bal, B.C., 2018. A comparative study of some of the mechanical properties of pine wood treated in vacuum, nitrogen, and air atmospheres. Bioresources, 13(3): 5504-5511.
8. Bekhta, P., Niemz, P., 2003. Effect of high temperature on the change in color, dimensional stability and mechanical properties of spruce wood. Holzforschung, 57: 539-546. DOI: 10.1515/hf.2003.080.

9. Borrega, M., Karenlampi, P.P., 2008. Mechanical behaviour of heat-treated spruce (Picea abies) wood at constant moisture content and ambient humidity. Holz als Roh-und Werkstoff, 66: 63-69. DOI: 10.1007/s00107-007-0207-3.
10. Bozkurt, Y., Erdin, N., 1997. Ağaç Teknolojisi Ders Kitabı. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi, Yayın no: 445, İstanbul.
11. Calonego, F.W., Severo, E.T.D., Ballarin, A.W., 2012. Physical and mechanical properties of thermally modified wood from E. Grandis. European Journal of Wood and Wood Products, 70(4): 453-460. DOI: 10.1007/s00107-011-0568-5. Candelier, K., Dumarçay, S., Pétrissans, A., Desharnais, L., Gérardin, P., Pétrissans, M., 2013a. Comparison of chemical composition and decay durability of heat treated wood cured under different inert atmospheres: Nitrogen or vacuum. Polymer degradation and Stability, 98(2): 677-681. DOI:10.1016/j.polymdegradstab.2012.10.022.
12. Candelier, K., Dumarçay, S., Pétrissans, A., Gérardin, P., Pétrissans, M., 2013b. Comparison of mechanical properties of heat-treated beech wood cured under nitrogen or vacuum. Polymer degradation and stability, 98(9):1762-1765. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2013.05.026.
13. Düzkale, S.G., Bektaş, İ., 2019. Esmer çürüklük mantarına karşı ısıl işlem görmüş ve yoğunlaştırılmış kavak odununun biyolojik dayanımının araştırılması. Turkish Journal of Forestry, 20(4): 421-426. DOI: 10.18182/tjf.636671.
14. Esteves, B.M., Pereira, H.M., 2009. Wood modification by heat treatment: A review. BioResources 4(1): 370-404. DOI: 10.15376/biores.4.1.370-404.
15. Karamanoğlu, M., Kaymakçı, A., 2018. Higrotermal yaşlandırma işleminin ısıl işlem görmüş kestane odununun renk ve sertlik özellikleri üzerine etkisi. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 1(1): 31-37. DOI: 10.33725/mamad.429726.
16. Kocaefe, D., Shi, L.J., Yang, D.Q., Bouazara, M., 2008. Mechanical properties, dimensional stability, and mold resistance of heat-treated jack pine and apsen. Forest Products Journal, 58(6): 88-93.
17. Kollmann, F.F., Cote, Jr W.A., 1968. Principles of Wood Science and Technology, Volume I. Solid Wood, In Principles Of Wood Science and Technology. Springer-Verlag.
18. Korkut, S., Gündüz, G., Korkut, D.S., 2008. The effects of heat treatment on physical and technological properties and surface roughness of Camiyanı Black Pine (Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana var. pallasiana) wood. Bioresource Technology, 99: 2275–2280. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.05.015.
19. Korkut, S., Kocaefe, D., 2009. Isıl işlemin odun özellikleri üzerine etkisi. Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, 5(2): 11-34.
20. Orhan, H., 2017. Kavak odununun bazı fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine azot gazı varlığında yapılan ısıl işlemin etkilerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kahramanmaraş. Örs, Y., Keskin, H., 2001. Ağaç Malzeme Bilgisi. Gazi Üniversitesi Ders Kitabı, Atlas Yayın Dağıtım, Ankara. Jämsä, S., Viitaniemi, P., 2001. Heat treatment of wood–Better durability without chemicals. In: Rapp AO, editor. In: Review on heat treatments of wood. Cost Action E22. Proceedings of the special seminar, Antibes, France, Pp. 17–22
21. Mburu, F., Dumarçay, S., Bocquet, J.F., Petrissans, M., Gerardin, P., 2008. Effect of chemical modifications caused by heat treatment on mechanical properties of grevillea robusta wood. Polymer Degradation and Stability, 95(11): 2169-2174. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2007.11.017.
22. Santos, J.A., 2000. Mechanical behavior of eucalyptus wood modified by heat. Wood Science and Technology, 34(1): 39-43. DOI: 10.1007/s002260050006.
23. Taşdelen, M., Can, A., Sivrikaya, H., 2019. Some physical and mechanical properties of maritime pine and poplar exposed to oil-heat treatment. Turkish Journal of Forestry, 20(3): 254-260. DOI: 10.18182/tjf.566647.
24. TS 2470, 1976. Odunda fiziksel ve mekaniksel deneyler için numune alma metotları ve genel özellikler. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
25. TS 2474, 1976. Odunun statik eğilme dayanımının tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
26. TS 2477, 1976. Odunun çarpmada eğilme dayanımının tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
27. TS 2478, 1976. Odunun statik eğilmede elastiklik modülünün tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
28. Yaşar, S., 2009. Kızılçam (Pinus brutia Ten.) ekstraktif maddelerinde ısıl işlem uygulanması sonucu oluşan renk değişimleri üzerine araştırma. Turkish Journal of Forestry, 10(1): 95-100.
29. Yazıcı, H., Özlüsoylu, İ., 2020. Hızlandırılmış yaşlandırmanın ısıl işlem uygulanmış Akdeniz defnesi (Laurus nobilis L.) odunun bazı yüzey özelliklerine etkisi. Turkish Journal of Forestry, 21(4): 468-474. DOI: 10.18182/tjf.809139.