MATERIALE ORGANICE

MATERIALE ORGANICELEMNUL

COMPOZIŢIA CHIMICĂ Lemnul este un material de natură organică, cu compoziţie chimică complexă, dependentă de specie (esenţa), de vârsta arborelui şi de locul din cilindrul lemnos din care a provenit.

Lemnul

6,3 % H2

44,2 % O2

N2

49,4 % C

Substanţa organic Conţinut în substanţe organice (%)

  răşinoase foioase

Celuloza (C6H10O5)n n=7000-15000 48 – 56 46 – 48

Lignină (C14H24O10)n, heterogena,

umple spatiile dintre celuloza, legata covalent de hemiceluloza

26 – 30 19 – 28

Hemiceluloză , heterogena cu 500-3000 momomeri glucoza

23 – 26 26 – 35

Substanţele ce alcătuiesc lemnul pot fi împărţite în compuşi care formează membrana celulei lemnoase (celuloza, hemiceluloza, lignina) şi care prezintă 90 – 95 % din masa lemnoasă şi compuşi ce pot fi extraşi cu solvenţi specifici, fără a afecta practic compoziţia lemnului.

Substanţele organice reprezintă aproximativ 97 – 99 % din masa lemnoasă (uscată), restul fiind format din compuşi anorganici (săruri ale metalelor alcaline), care la ardere formează cenuşa.

COMPOZIŢIA CHIMICĂ

COMPOZITIA CHIMICA

În compoziţia lemnului intră o mare cantitate de apă, ce se prezintă ca apă legată chimic, apă adsorbită (legată fizic) şi apă liberă. Cantitatea de apă adsorbită variază cu umiditatea atmosferică, lemnul fiind un material higroscopic.

Compoziţia chimică a lemnului determină proprietăţile lui fizico-chimice.

STRUCTURA FIZICA

Lemnul se caracterizează prin microstructură şi macrostructură.Prin microstructură se înţelege structura microscopică a lemnului, formată din celule lemnoase, care alcătuiesc ţesuturile vii (parenchim) sau moarte (de susţinere, de conducere şi mixte). Microstructura depinde de esenţa lemnoasă.Structura macroscopică se observă în secţiunile practicate în cilindrul lemnos, în care se văd inelele anuale, fibrele lemnoase şi zone deosebite prin structură, rol şi proprietăţi.

Figura. 1. Secţiuni în cilindrul lemnos

Se numesc defecte, neomogenităţile de structură cauzate de specificul de creştere al arborelui, de diferitele boli suferite de aceasta, precum şi de atacul microorganismelor, insectelor etc.Defectele influenţează negativ proprietăţile mecanice ale lemnului. Influenţa lor se apreciază în funcţie de tipul de defect, de distribuţia în materialul lemnos, de zona afectată etc.

PROPRIETATILE FIZICE ALE LEMNULUI Higroscopicitatea

Umiditatea

este proprietatea lemnului de a absorbi apă din mediul ambiant. Din cauza higroscopicităţii apa conţinută în lemn variază în funcţie de temperatură, de umiditatea mediului înconjurător, de felul arborelui.

lemnului influenţează proprietăţile fizice, mecanice şi durabilitatea lemnului (rezistenţa la putrezire).

este apreciată cu pierderea în masă suferită de lemn prin încălzire la 105°C, ce se poate raporta procentual la masa lemnului brut (umiditate relativă) sau la masa lemnului uscat (umiditate absolută)

de echilibru, atinsă de lemn în momentul în care tensiunea vaporilor de apă din acest material egalează pe cea a vaporilor din atmosferă, este considerată umiditate standard sau normală. Pentru condiţiile atmosferice ale ţării noastre, este considerată standard, umiditatea relativă de 15 %.

determinate de modificarea conţinutului în apă de higroscopicitate.

Scăderea umidităţii duce la micşorarea dimensiunilor membranelor celulare şi implicit la reducerea dimensiunilor şi volumului materialului lemnos (contragere).

Contragerile cele mai mari le dau esenţele cu membrane celulare groase (lemnul de densitate mare); lemnul cu structură afânată, cu pereţi celulari subţiri, are variaţii de volum mai mici la modificarea conţinutului în apă de higroscopicitate.

depinde de densitatea aparentă (esenţa), de umiditate, de temperatură şi de direcţia pe care se propagă căldura.

Coeficientul de conductivitate termică în lungul fibrei lemnoase este în medie de 1,8 - 2 ori mai mare decât în direcţia perpendiculară pe fibră.

PROPRIETATILE FIZICE ALE LEMNULUI

DENSITATEA LEMNULUI

Densitatea absolută a substanţei lemnoase este practic aceeaşi - circa 1500 kg/m3 pentru toate esenţele lemnoase.

Densitatea aparentă a lemnului variază în funcţie de esenţă (care determină structura) şi de umiditatea la care se face determinarea. Din această cauză densităţile se determină la umiditate standard.

Felul arborelui Densitatea aparentă kg/m3

  lemn verde lemn cu 15 % H2O lemn absolut uscat

Brad 1.000 450 410

Molid 740 480 430

Pin 700 520 490

Stejar 1.110 740 650

Fag 1.010 750 690

Frasin 920 760 680

Salcâm 880 750 730

Tei 740 460 490

PROPRIETĂŢILE MECANICE ALE LEMNULUI

determinate de esenţă, de defecte, de umiditate, de direcţia pe care este solicitat şi de condiţiile de creştere a efortului la care este supus materialul.

Având în vedere multitudinea de factori ce influenţează comportarea lemnului sub acţiunea diferitelor încărcări, rezistenţele mecanice se determină la umiditate standard (15 %), pe epruvete lipsite de defecte şi în condiţii de acţionare a forţei perpendicular şi paralel cu fibra lemnoasă.

Rezistenţele admisibile ale lemnului ce se iau în consideraţie în dimensionarea construcţiilor sunt mai mici, având în vedere că în materialele de construcţie pot exista şi defecte, iar umiditatea reală poate fi diferită de cea standard.

 REZISTENŢELE MECANICE ALE LEMNULUI PENTRU DIFERITE UMIDITĂŢI

Tip Rezistenţea la: (daN/cm2)

  compresiune II cu fibra tracţiune din incovoiere II cu fibra

încovoiere statică

  umiditatea (%)

  15 30 15 30 15 30

Molidul 415 210 1010 790 760 495

Brad 390 195 1005 790 705 440

Stejar 510 310 – – 945 680

Fag 475 260 1180 955 645  

Plop 345 180 870 685 610 405

Stabilitatea chimică

Durabilitatea lemnului

ACŢIUNI AGRESIVE ASUPRA LEMNULUI ŞI MIJLOACE DE PROTECŢIE

este determinată de esenţa lemnoasă, de condiţiile de exploatare şi de natura mediului agresiv.

Soluţiile acide devin agresive la pH = 2. Sub acţiunea îndelungată a soluţiilor acide sau bazice, lemnul se poate distruge, cu atât mai repede cu cât aciditatea (concentraţia în sau bazicitatea (concentraţia în OH–) este mai mare.

Distrugerea lemnului sub acţiunea chimică este accelerată de atacul biologic.

este rezistenţa lui la putrezire. Din cauza naturii lui organice lemnul este supus acţiunii

distructive al unor bacterii şi ciuperci de diferite tipuri. Rezistenţa la atacul biologic este determinată de

esenţă, de structură, de temperatură şi umiditate. Lemnul se poate clasifica în:– foarte puţin durabil (fag, plop, mesteacăn), care putrezeşte în maximum 3 ani;– puţin durabil (brad, molid), care putrezeşte între 3 la 7 ani;– durabil (salcâm, pin), care putrezeşte între 7 la 10 ani;– foarte durabil (stejar, nuc), care începe să putrezească după 10 ani.

T r a t a m e n t Durabilitate (ani) Creştere faţă de lemnul netratat

neimpregnat 2 – 3 –

impregnare cu ZnCl2 5 – 8 aprox. 2,5 ori

impregnare cu creozot 30 – 35 10 – 12 ori

Durabilitatea lemnului funcţie de metoda de tratament

ACŢIUNI AGRESIVE ASUPRA LEMNULUI ŞI MIJLOACE DE PROTECŢIE

Comportarea lemnului la încălzire şi protecţia contra focului

Lemnul este material combustibil şi inflamabil. Încălzit progresiv, lemnul pierde iniţial apă (până la 105° C).

Începând cu 110° C din lemn încep să se distile alături de vapori de apă şi gaze combustibile (H2, CO, CH4) care la 200° C pot produce, în prezenţa unei flăcări, aprinderea lemnului (punct de aprindere).

La aproximativ 300° C este situat punctul de inflamabilitate, la care gazele distilate din lemn se autoaprind.

Pe măsură ce gazele ard lemnul se carbonizează. Cărbunele fomat începe să ardă după epuizarea gazelor, ducând la transformarea în final a lemnului în CO2 şi cenuşă.

Ignifugarea se realizează prin tratarea superficială sau prin impregnarea materialelor lemnoase cu soluţii de substanţe anorganice (Na2SiO3, Na2B4O7.10H2O, NH4Cl, ZnCl2, Na2HPO4, (NH4)3 PO4, (NH4)2SO4), cu vopsea pe bază de polimeri clorvinilici etc.

Substanţele ignifuge acţionează prin formarea unor pelicule necombustibile şi neinflamabile (Na2SiO3, Na2B4O7.10H2O) pe suprafaţa lemnului, sau de gaze necombustibile şi acizi tari, care carbonizează superficial lemnul: (NH4)2SO4 NH3 + H2SO4.

 TIPURI DE ESENŢE UTILIZATE PENTRU OBŢINEREA MATERIALELOR DE CONSTRUCŢIE DIN LEMN

Esenţele de răşinoase

Esenţele de răşinoase

Esenţele tari

Esenţele moi

(plopul, salcia)

sunt de largă utilizare, ce se explică prin răspândirea şi modul de creştere (trunchiuri drepte) al arborilor răşinoşi.

Dintre arborii răşinoşi se utilizează mai ales molidul şi bradul, mai răspândiţi în ţara noastră.

Molidul are rezistenţe mecanice bune, densitate mică, se prelucrează uşor, iar cantitatea mare de răşină îi asigură o durabilitate mai mare.

Bradul este un lemn mai alb, cu răşină mai puţină ceea ce îl face mai puţin durabil decât molidul.

au proprietăţi variate, ce determină utilizarea lor diferenţiată în funcţie de caracteristicile tehnice

se utilizează pentru obţinerea materialelor şi elementelor de construcţie. Dintre acestea mai importante sunt stejarul (lemn dens, cu rezistenţe mecanice mari, cu contragere mare la uscare, dar cu umiditate mare) şi fagul cu rezistenţe mecanice bune, dar mai puţin durabil decât stejarul. se utilizează ca materii prime pentru obţinerea de materiale

eficiente, moderne ce nu mai păstrează structura iniţială a lemnului şi care în unele cazuri au proprietăţi superioare tari.

Din prelucrarea esenţelor menţionate rezultă deşeurile lemnoase care se pot utiliza în fabricarea de materiale eficiente pe bază de lemn. Arborii foioşi dau deşeuri mai numeroase (25 – 40 %) decât cei răşinoşi (23 – 35 %).

 

MATERIALE LEMNOASE UTILIZATE ÎN CONSTRUCŢII

În domeniul construcţiilor se utilizează două categorii mari de materiale lemnoase:

- materiale care păstrează structura şi proprietăţile lemnului brut;- materiale obţinute din esenţe moi sau din deşeuri cu ajutorul unor lianţi anorganici sau din polimeri organici şi prin procedee tehnologice adecvate şi care nu mai păstrează structura şi au proprietăţi diferite de cele ale lemnului brut. Aceste materiale sunt in fapt materiale compozite.

PRODUSE DIN LEMN CARE PASTREAZA STRUCTURA SI PROPRIETATILE LEMNULUI BRUT

Produsele brute  Produsele brute se obţin din arbori prin curăţirea ramurilor, decojirea şi tăierea lor la lungimi convenabile. Aceste materiale păstrează conicitatea naturală a lemnului.

Produsele semifabricate Produsele semifabricate au forme geometrice bine determinate şi se obţin prin prelucrarea buştenilor. Traversele de cale ferată se fabrică numai din lemn de foioase prin tăiere sau cioplire, în aşa fel încât inelele anuale să fie tangente la faţa lor .

Nr P r o d u s Dimensiuni Esenţă Aspect Utilizări

1 BUŞTENI do min.

 

 

l min.

14 cm

 

 

 2,5 m

 

foioase

 

 

 răşinoase

-materie primă pentru produse semifabricate şi finite– piloţi

– batardouri

– stâlpi de susţinere

2 STĂLPI PENTRU LINII AERIENE

l 5-14 m foioase răşinoase

susţinerea liniilor aeriene, electrice, telefonice

3 BILE do

l

12-16 cm

9 m

   

 4 MANELE do

l

8-11 cm

3-6 m

răşinoase – schelărie

 

 5 PRĂJINI do

l

4-7 cm

2-4 m

  – lemne de susţinere

PRODUSE BRUTE DIN LEMN

PRODUSELE SEMIFABRICATE

MATERIALE DE CONSTRUCTIE DIN LEMN CARE PASTREAZA STRUCTURA SI PROPRIETATILE LEMNULUI BRUTFurnirul se obţine prin derulare sau decupare din lemn de foioase selecţionat. Metode de obtinere a furnirului

Produsele finite  Placajele se obţin din număr impar de furnir cu fibrele dispuse sub unghi de 90° (sau mai mic) unele faţă de altele, lipite cu adezivi sintetici prin presare la cald . Au rezistenţe mecanice bune şi contragerile mai mici decât ale lemnului brut. Se fabrică placaje de uz general şi special (bachelitizate, melaminate, stelate etc.).

Modul de obţinere a unui placaj

MATERIALE DE CONSTRUCTIE DIN LEMN CARE PASTREAZA STRUCTURA SI PROPRIETATILE LEMNULUI BRUTPanelele se realizează din şipci, cu inelele anuale distribuite cât mai diferit (pentru a se anula contragerile mari tangenţiale), lipite cu adeziv şi acoperite pe ambele feţe cu furnir, aşezate astfel încât fibrele lemnoase să fie perpendiculare pe cele ale şipcilor din miez.

Modul de realizare a unui panel

Plăcile celulare sunt alcătuite dintr-un cadru rigid de lemn având în interior un fagure (celule) din fâşii de furnir (sau spirale de furnir) acoperit pe ambele feţe cu folii din furnir.

Modul de realizare a plăcilor celulare

MATERIALE EFICIENTE REALIZATE PE BAZA DE LEMN

Sunt materiale ce rezultă prin valorificarea superioară a lemnului (esenţe moi, deşeuri, ce nu au alte utilizări industriale) cu ajutorul unor lianţi organici pe bază de produşi organici macromoleculari şi prin procese tehnologice speciale.Aceste materiale se caracterizează prin compoziţie chimică şi structură diferită de cea a lemnului brut.Modificarea compoziţiei chimice se realizează prin utilizarea unor materiale din polimeri (răşini fenolformaldehidice, melaminice etc.) ce funcţionează ca lianţi sau ca impregnanţi.Modificarea structurii se realizează prin presare la cald, ce conduce la obţinerea de materiale omogene, cu proprietăţi izotrope, cu comportare bună la apă, (contrageri mici şi omogene, înlăturarea hidrofiliei etc.) etc.Materiile ce se obţin pot înlocui atât lemnul masiv sau alte clase de materiale (metale feroase şi neferoase).

MATERIALE EFICIENTE REALIZATE PE BAZA DE LEMN

Plăcile fibrolemnoase (PFL) se obţin din amestec de pastă de fibre lemnoase (defibrare mecanică sau chimică) şi răşini sintetice (liant) prin presare la cald. În funcţie de presiunea exercitată se obţin clase diferite de PFL cu proprietăţi şi utilizări diferite.Tip de plăci Densitate aparentă a

(kg/m3)

U t i l i z ă r i

– izolatoare

 

– dure

 

– extradure

a 400

 

850 - 900

 

a > 900

 

– izolaţii termice şi fonice

– pereţi despărţitori

– tâmplărie de construcţii

(înlocuieşte placajul,

panelul etc.)

– pardoseli

– tâmplărie de construcţii

MATERIALE EFICIENTE REALIZATE PE BAZA DE LEMN

Plăcile din aşchii lemnoase (PAL) se fabrică din aşchii de esenţe moi, aglomerate cu materiale din polimeri şi presate la cald. În funcţie de condiţiile de fabricare se obţin tipuri diferite de PAL ce se utilizează ca înlocuitor al lemnului brut în majoritatea utilizărilor acestora. Se fabrică PAL stratificate, ce pot fi furniruite, melaminate etc. şi PAL omogene , sub formă de plăci pline sau cu goluri, livrate ca atare sau furniruite.Tipul de plăci Densitate aparentă a

(kg/m3)

U t i l i z ă r i

– uşoare

 

– semigrele

 

– grele

a < 450

 

a = 450..750

 

a > 750

 

– materiale termo şi

fonoizolatoare

– înlocuitor al

scândurilor, placajelor,

paneluri

– pereţi despărţitori

– pardoseli

– uşi

– mobilier

MATERIALE EFICIENTE REALIZATE PE BAZA DE LEMNOSB – Orientated Strand Board - placi din aschii orientate se obtin din aschii de lemn de dimensiuni mari obtinute prin tocarea lemnului de esenta moale – 95% si 5% liant organic; cei mai ieftini lianti sunt periculosi din cauza eliberarii lente de formaldehida.Aschiile sunt asezate in straturi, cele din stratul exterior fiind orientate in lungul axei placii iar cele din straturile interioare perpendicular pe aceasta, dupa care sunt presate si tratate termic.Tego – material obtinut prin lipirea mai multor straturi de furnir urmata de presare si incalzire. Acoperirea finala cu un strat de rasina fenolica de exemplu il face rezistent la umezeala si este folosit la cofrarea betonului. Furnirul poate fi de fag, molid, plop.

PLACI DIN ASCHII LEMNOASE LIATE CU CIMENT

Folosite ca izolatii, cofraje pierdute

MATERIALE EFICIENTE REALIZATE PE BAZA DE LEMN

Lignolitul este un material fabricat din făină de lemn aglomerată cu lianţi pe bază de polimeri şi cu materiale de umplutură, ce se utilizează sub formă de plăci la pardoseli lipite pe suporturi cu adezivi pe bază de cauciuc.Lignostonul (lemn impregnat presat) se obţine prin densificarea prin presare, până la reducerea volumului cu 25 – 55 % a lemnului moale impregnat. Proprietăţile fizico-mecanice foarte bune fac utilizabil acest material ca înlocuitor al metalelor pentru piese solicitate la eforturi mari. Proprietăţile fizico-mecanice ale lignostonului

Proprietatea Unitatea de măsură Valoarea

Densitatea aparentă kg/m3 1400

Rezistenţa la compresiune

daN/cm2 1500

Rezistenţa la întindere daN/cm2 2500

Rezistenţa la încovoiere daN/cm2 2500