The Effect of Thermo-Mechanical Densification and Heat Treatment on Some Physical Properties of Eastern Beech (Fagus orientalis L.) wood

Abstract

In study, determination of effects thermo-mechanical (TM) densification and heat treatment on some physical properties of Eastern Beech (Fagus orientalis L.) wood were aimed. Samples were densified in the radial direction by a specially designed hydraulic press machine with compression ratios of 20% and 40%, and at 110 °C and 150 °C. Then, heat treatment was applied to the samples during 2 h at temperatures 190 °C, 200 °C and 210 °C. In order to determine the changes occurred in physical properties, tests of compression ratio, spring-back ratio, compression thickness recovery ratio, swelling (TS 4084) in compression direction (radial), and density (TS 2472) were conducted. According to results of the research, at the both compression ratio (20% and 40%), lower spring-back ratio and higher density increase were observed inthe samples densified at 110 ºC. While an increase of 35% in density was being obtained by compression, decreases up to 5% were observed after heat treatment. Depending on the increase in heat treatment temperature, effects of compression thickness recovery decreased at a rate of 83%, and improvement of 44% in spring-back effect, also an improvement of 74% in swelling in compression direction were achieved

Keywords

• Eastern Beech
• Densification
• Heat treatment
• Physical properties

Termo-Mekanik Yoğunlaştırma ve Isıl İşlemin Doğu Kayını (Fagus Orientalis L.) Odununun Bazı Fiziksel Özelliklerine Etkisi

Abstract

Çalışmada, Doğu kayını (Fagus orientalis L.) odununun bazı fiziksel özelliklerine termo-mekanik (TM) yoğunlaştırma ve ısıl işlemin etkisi belirlenmiştir. Örnekler, özel tasarlanmış hidrolik preste 110 °C ve 150 °C sıcaklıkta, %20 ve %40 sıkıştırma seviyesinde radyal yönde sıkıştırılarak yoğunlaştırılmıştır. Daha sonra örneklere 190 °C, 200 °C ve 210 °C sıcaklıkta iki saat süre ile ısıl işlem uygulanmıştır. Fiziksel özelliklerde meydana gelen değişimleri tespit etmek için sıkıştırma oranı, geri esneme (spring-back) oranı, sıkıştırma kalınlığındaki geri dönüş oranı, sıkıştırma yönündeki (radyal) şişme ve yoğunluk testleri yapılmıştır. Araştırma sonuçlarına göre; aynı sıkıştırma seviyesinde (%20 veya %40), 110 ºC’de yoğunlaştırılan örneklerin geri esneme oranı düşük ve yoğunluk artışı daha yüksek elde edilmiştir. Sıkıştırma işlemleri ile yoğunlukta %35’e kadar artış sağlanırken, ısıl işlem sonrası yoğunlukta %5’e kadar azalma olmuştur. Isıl işlem sıcaklığı artışına bağlı olarak sıkıştırma kalınlığındaki geri dönüş etkisi %83 oranında azalmış ayrıca geri esneme etkisinde %44, sıkıştırma yönündeki şişmede ise %74 oranında iyileşme sağlanmıştır.

Keywords

• Doğu kayını
• Yoğunlaştırma
• Isıl işlem
• Fiziksel özellikler

References

1. R. M. Rowell, P. Konkol, Treatments that enhance physical properties of wood, Gen. Tech. Rep., Rep. No: FPL-GTR-55, (1987).
2. Y. Örs, H.Keskin, Ağaç Malzeme Teknolojisi, Öz Baran Ofset Matbaacılık, (2008).
3. J. Blomberg, B. Person J. Wood Sci. 50 (2004) 307-314.
4. J. Blomberg, B. Person, A. Blomberg Wood Sci. Technol. 39 (2005) 339-350.
5. A. Kutnar, M. Sernek Zbornik Gozdarstva in Lesarstva 82 (2007) 53-62.
6. -
7. H. Pelit, Yoğunlaştırma ve ısıl işlemin doğu kayını ve sarıçamın bazı teknolojik özellikleriyle üstyüzey işlemlerine etkisi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara-Türkiye, (2014).
8. F. A. Kamke Maderas Ciencia y Technol. 8(2) (2006) 83-92.

9. A. Kutnar, F. A. Kamke, M. Sernek Wood Sci. Technol. 43 (2009) 57-68.
10. R. M. Seborg, M. A. Millett, A. J. Stamm, Heat-stabilized compressed wood (Staypak), F.P.L., Report No: 1580 (revised), (1956).
11. F. F. P. Kollmann, E. W. Kuenzi, A. J. Stamm Springer-Verlag Vol. II (1975) 139-149.
12. -
13. E. V. Kultikova, Structure and properties relationships of densified wood, Yüksek Lisans Tezi, Virginia Polytechnic Institute and State University, Virginia, (1999).
14. N. Morsing, Densification of wood: The influence of hygrothermal treatment on compression of beech perpendicular to the grain, Doktora Tezi, Technical University of Denmark, Denmark, (2000).
15. J. Blomberg, B. Persson, U. Bexell Holzforschung 60 (2006) 322-331.
16. H. Pelit, A. Sönmez, M. Budakçı BioRes. 9(3) (2014) 4552-4567.
17. P. Cooper, J. Wang, Enhanced value of moderate grade wood through high temperature modification in oil, Value-to-wood Research Report, Project UT1, (2005).
18. M. J. Boonstra, A two-stage thermal modification of wood, Doktora Tezi, Dissertation in Cosupervision Ghent University and Université Henry Poincaré, Nancy-Fransa, (2008).
19. D. Sandberg, P. Haller, P. Navi Wood Mater. Sci. Eng. 8(1) (2013) 64-88.
20. -
21. S. Korkut, D. Kocaefe Düzce Üni. Orm. Der. 5(2) (2009) 11-34.
22. S. Yıldız, Isıl işlem uygulanan doğu kayını ve doğu ladini odunlarının fiziksel, mekanik, teknolojik ve kimyasal özellikleri, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon-Türkiye, (2002).
23. P. Bekhta, P. Niemz Holzforschung 57(5) (2003) 539-546.
24. B. Esteves, M. A. Velez Wood Sci. Technol. 41(3) (2007) 193-207.
25. -
26. D. Aydemir, G. Gündüz Bartın Orm. Fak. Der. 11(15) (2009) 71-81.
27. H. Şahin Kol J. Environ. Biol. 31(6) (2010) 1007-1011.
28. -
29. O. Perçin, Isıl işlemin lamine ahşap malzemenin bazı teknolojik özelliklerine etkilerinin incelenmesi, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi, Ankara-Türkiye, (2012).
30. TS 2470, Odunda fiziksel ve mekaniksel deneyler için numune alma metotları ve genel özellikler, T.S.E. Standardı, Ankara, (1976).
31. TS 2471, Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için rutubet miktarı tayini, T.S.E. Standardı, Ankara, (1976).
32. Finnish Thermowood Association, ThermoWood handbook, FIN-00171, Helsinki, Finland, (2003).
33. P. Navi, F. Girardet Holzforschung 54(3) (2000) 287-293.
34. C. R. Welzbacher, J. Wehsener, A. O. Rapp, P. Haller Holz Roh Werkst 66 (2008) 39-49.
35. M. K. Dubey, Improvements in stability, durability and mechanical properties of radiata pine wood after heat-treatment in a vegetable oil, Doktora Tezi, University of Canterbury, Christchurch-New Zealand, (2010).
36. TS 4084, Odunda radyal teğet doğrultuda şişmenin tayini, T.S.E. Standardı, Ankara, (1983).
37. TS 2472, Odunda fiziksel ve mekanik deneyler için birim hacim ağırlığı tayini, T.S.E. Standardı, Ankara, (1976).
38. L. Rautkari, K. Laine, N. Laflin, M. Hughes J. Mater. Sci. 46 (2011) 4780-4786.
39. M. L. Garcia-Romeu, J. Ciurana, I. Ferrer J. Mater. Proces. Technol. 191(1) (2007) 174-177.
40. M. P. Wolcott, B. Kasal, F. A. Kamke, D. A. Dillard Wood Fiber Sci. 21(3) (1989) 320-329.
41. J. A. Nairn Wood Fiber Sci. 38(4) (2006) 576-591.
42. K. Laine, L. Rautkari, M. Hughes, A. Kutnar Eur. J. Wood and Wood Prod. 71(1) (2013) 17-23.
43. J. Cai, T. Ding, L. Yang Appl. Mech. Mater. Vol: 152-154 (2012) 112-116.
44. W. Dwianto, M. Inoue, M. Norimoto J. Jpn. Wood Res. Soc. 43(4) (1997) 303-309.
45. F. Heger, M. Groux, F. Girardet, C. Welzbacher, A. O. Rapp, P. Navi, Mechanical and durability performance of THM-densified wood, Final Workshop COST Action E22, Lisboa, (2004).
46. S. A. Ahmed, T. Morén, O. Hagman, A. Cloutier, C.H. Fang, D. Elustondo J. Mater. Sci. 48(24) (2013) 8571-8579.
47. -
48. P. Navi, F. Heger MRS Bull 29(5) (2004) 332-336.
49. W. Dwianto, M. Norimoto, T. Morooka, F. Tanaka, M. Inoue, Y. Liu Holz als Roh- und Werkstoff 56(6) (1998) 403-411.
50. -
51. M. Inoue, N. Sekino, T. Morooka, R. M. Rowell, M. Norimoto J. Trop. For. Sci. 20(4) (2008) 273-281.
52. Ö. Ünsal, Z. Candan, Ü. Büyüksarı, S. Korkut, Y. S. Chang, H. Yeo Mokchae Konghak 39(2) (2011) 1-8.
53. Ö. Ünsal, Z. Candan Drying Technology 26 (2008) 1165-1169.
54. M. L. Arruda, C. H. S. Del. Menezzi Int. Wood Prod. J. 4(4) (2013) 217-224.
55. L. Rautkari, Surface modification of solid wood using different techniques, Doktora Tezi, Aalto University, Espoo-Finlandiya, (2012).