LES wood 51 (1999) 5 Raziskave in razvoj 125 UDK: 630*862.2 Originalni znastveni ~lanek (Original Scientific Paper) Vpliv lesne vrste na hrapavost zunanjega sloja in prostorninsko maso brušenih ivernih ploš~ Influence of wood species on surface roughness and density of sanded particleboards Sergej MEDVED* Izvle~ek: Na primeru smrekovine (Picea abies Karst.), bukovine (Fa-gus silvatica L.), hrastovine (Quercus robur L.) in topolovine (Populus nigra L.) je bil obravnavan vpliv lesne vrste na hrapavost zunanjega sloja brušenih ivernih ploš~. Brušenje s papirjem zrnatosti 100 je potekalo do to~ke maksimalne prostorninske mase. Za prikaz vpliva hrapavosti so bili uporabljeni parametri Ra, Rz in Rmaks (pojasnilo v tekstu). Hrapavost je bila najmanjša pri ploš~ah z zunanjim slojem iz iverja iz hrastovine in iz topolovine in najve~ja pri uporabi iverja iz bukovine. Hrapavost površine po brušenju se je najbolj spremenila pri uporabi iverja iz hrastovine, najmanj pa pri uporabi iverja iz smrekovine. Po brušenju hrapavost površine pada s prostorninsko maso. Klju~ne besede: iverna ploš~a, smreka (Picea abies Karst.), bukev (Fagus silvatica L.), hrast dob (Quercus robur L.), ~rni topol (Populus nigra L.), površinska hrapavost, brušenje, gostotni profil Abstract: On the example of spruce (Picea abies Karst.), beech (Fagus silvatica L.), oak (Quercus robur L.) and poplar (Populus nigra L.) influence of wood species on surface roughness of sanded particleboards had been discussed. Samples were sanded with sanding belt grid size 100 until reached the point of maximum density. For describing the influence of surface roughness, parameters Ra, Rz and Rmax were used. The lowest surface rougness was found in the board whose surface layer was consisted of oak and poplar particles, the maximum surface roughness was found in the board whose surface layer was consisted of beech particles. Surface roughness was changed the most when we used particles from oak and the least when we used particles from spruce. After sanding surface roughness decreased with density. Keywords: particleboard, spruce (Picea abies Karst.), beech /Fagus silvatica L.), oak (Quercus robur L.), poplar (Populus nigra L.), surface roughness, sanding, density profile 1. UVOD IN POSTAVITEV PROBLEMA Delo je nadaljevanje dela, objavljenega v reviji Les (Medved S. Pirkmaier S. in V. Mihevc, 1997 (10)). Namen raziskave je bil preu~iti zvezo med hrapavostjo nebrušene površine iverne ploš~e in gostoto ter botani~no sestavo iverja v zunanjem sloju. Zlasti nas je zanimalo, ali se hrapavost glede na uporabljeno drevesno vrsto po brušenju spremeni. Asist. dipl. ing. les. Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Ro`na dolina, Cesta VIII/34, 1000 Ljubljana 2. MATERIAL IN METODA Za zunanji sloj je bilo uporabljeno iverje naslednjih lesnih vrst po variantah: * smrekovina (Picea abies Karst.), * bukovina (Fagus silvatica L.), * hrastovina (Quercus robur L.) in * topolovina (Populus nigra L.). Za srednji sloj je bilo uporabljeno iverje iz proizvodnega procesa. Iverje iz proizvodnega procesa je bilo uporabljeno v celoti pri ploš~i V , je rabi-1 laa za primerjavo z drugimi ploš~ami. Iverje je bilo oblepljeno z urea-for-maldehidnim lepilom, ki mu je bila dodana 60 % parafinska emulzija in 20 % raztopina amonijevega klorida (samo v lepilno mešanico za srednji sloj). Faktor oblepljanja v zunanjem sloju je bil 11,5 %, v srednjem pa 7,5 %. Ploš~e so bile stisnjene v laboratorijski stiskalnici pri temperaturi 180 °C in specifi~nem tlaku 3,08 N/mm2. Po klimatiziranju so bile po shemi (Medved S., Pirkmaier S, V. Mihevc, 1997 (10)) iz ploš~e odvzeti preizkusni vzorci dimenzij 370x50 mm. LES wood 51 (1999) 5 Raziskave in razvoj 126 Cilj brušenja v proizvodnem procesu je izena~itev debeline v ploš~ah in med ploš~ami kot tudi odstranitev vrhnjega dela zunanjih slojev in prib-li`evanje to~ki maksimalne prostor-ninske mase. To~ko maksimalne pro-storninske mase in z njo tudi njena oddaljenost od površine se lahko ugotovimo z ugotovitvijo porazdelitve prostorninske mase po prerezu ploš~e. Meritve porazdelitve prostor-ninske mase po prerezu je bila opravljena na vzorcih dimenzij 50x50 mm z merilnikom gostotnih profilov MGP-201. Merilnik je nastal kot rezultat raziskovalne naloge, v kateri sta poleg Oddelka za lesarstva sodelovala še Inštitut Jo`ef Stefan in podjetje AMES. Na sl. 1 je prikazana shema merilnika, podrobnejši princip delovanja pa so opisali Pirkmaier in Budnar (1989) ter Medved, Pirkmaier in Mihevc (1997). Vzorci so bili nato, pribli`no do to~ke maksimalne prostorninske mase, od-brušeni na napravi za natan~no brušenje vzorcev. Naprava je lastne kon- strukcije in sestoji iz elektri~nega ro~-nega brusilnika in dvi`ne mize (slika 2). Naprava deluje tako, da vzorce širine 50 mm in maksimalne dol`ine do 500 mm pritrdimo na dvi`no mizo, ki se z dvema vijakoma lahko dviga ali spuš~a, odvisno od `elene debeline brušenja. Brusimo lahko v koraku 0,1 mm, kar je tudi minimalna debelina brušenja. Brušenje je bilo izvedeno z brusnim papirjem zrnatosti 100. Brusni trak je bil zamenjan po vsaki zamenjavi strani vzorca (spodnja stran, zgornja stran) in po vsaki zamenjavi vzorca. Pogosta zamenjava brusnega traku je potrebna zaradi izena~itve pogojev brušenja za vsak vzorec in vsako stran brušenja. Hrapavost ploš~ pada z naraš~ajo~o obrabljenostjo traku (Rajkovi}-Jirouš, V. 1993), razen v primeru navla`evanja površine vzorcev z vodo. Pri nenavla`enih vzorcih je bil pri bolj obrabljenih papirjih dose`en efekt glajenja površine. Pri vla`enih vzorcih odstranjevanje vlaken dose`emo samo, ~e so zrnca neo-brabljena. Pri obrabljenih zrncih se vlakna samo pogladijo na površino ali celo iztrgajo iz površine. Hrapavost je bila merjena v štirih to~-kah, ki so bile od roba vzorca oddaljene 50, 120, 250 in 320 mm, kot je prikazano na sl. 3. 370 .70. 50 i ^n .70 130 . S"" "' 3 Slika 3. Merilne to~ke in smer merjenja hrapavosti Smer merjenja hrapavosti je bila izvedena v isti smeri kot na nebrušenih vzorcih z merilnikom Mitutoyo Surftest. Osnovni princip delovanja je horizontalno in vertikalno potovanje tipala po površini, ki jo testiramo. Nihanja tipala se vodijo v registrator ali pa v analizator profila, ali pa v oboje hkrati. Za prikaz hrapavosti površine so bili uporabljeni trije parametre: Ra, Rz in Rmaks. Ra je aritmeti~na sredina absolutnih vrednosti odstopanja profila od srednje vrednosti znotraj poti merjenja lm in je podana z ena~bo: Ra lm 0 f(x)dx Slika 1. Shema merilnika za merjenje porazdelitve prostorninskih mas Naprava vse vrednosti prezrcali nad aritmeti~no sredino, tako da so tudi doline vidne kot vrhovi. Tako definiran parameter ne daje prave slike o karakteristiki profila. Ta parameter ne ozna-~uje globine hrapavosti, ampak samo aritmeti~no sredino odstopanj profila od srednje vrednosti, pri ~emer ne dobimo nobene informacije o obliki in nepravilnosti profila. Parameter Ra zaradi tega ni najbolj primeren za prikazovanje hrapavosti površine. Pri popolnoma razli~nih Rmaks lahko dobimo enake vrednosti za parameter Ra. Rz je aritmeti~na sredina maksimalnih razdalj med vrhovi in dolinami na petih odsekih: Slika 2. Naprava za natan~no brušenje epruvet Rz £1+Z2+Z3+Z4+Z5 1 5 LES wood 51 (1999) 5 Raziskave in razvoj 127 Na celotni dol`ini lm za posamezno “cut-off’ dol`ino dolo~imo maksimalno amplitudo. Iz petih izmerjenih am-plitud nato izra~unamo povpre~na vrednost. Parameter Rz je tudi srednja višina neravnine. Rmaks je razlika med najvišjim vrhom in najni`jo dolino na merjeni površini (na izmerjeni poti). Parameter Rmaks je najve~jo višino neravnine. REZULTATI IN DISKUSIJA Profil porazdelitve prostorninske mase po prerezu se pri vseh variantah za~ne z nizko prostorninsko maso na robovih ploš~, nakar prostorninska masa naraš~a do to~ke maksimalne prostorninske mase (sl. 3). Pove~eva-nje prostorninske mase na robovih ploš~ do to~ke maksimalne pros-torninske mase nastane zaradi utrjevanja ureaformaldehidnega lepila, preden je stiskalnica popolnoma zaprta. Od to~ke maksimalne pros-torninske mase proti sredini se pros-torninska masa proti sredini zmanjšuje. Vzrok je uporaba bolj grobega iverja v srednjem sloju. To~ka maksimalne prostorninske mase je pri vseh variantah, tako na spodnji kot na zgornji strani ploš~e, odmaknjena od površine za 0,6 mm. Na napravi za natan~no brušenje vzorcev so bile vzorci na vsaki strani Slika 5. Porazdelitev prostorninske mase po prerezu brušenih epruvet odbrušeni za 0,6 mm (skupaj 1,2 mm) v koraku 0,1 mm. V preglednici 1 so prikazane debeline nebrušenih in brušenih vzorcev. Preglednica 1. Debeline epruvet pred in po brušenju po variantah Varianta Pred brušenjem Po brušenju mm mm Vl 16,68 15,56 V 2 16,76 15,56 V 3 16,79 15,58 V 4 16,56 15,47 V 5 16,72 15,48 Iz podatkov o debelinah brušenih ploš~ sledi, da je na površini brušenih ploš~ prostorninska masa najvišja. Na sl. 5 so prikazani profili porazdelitve prostorninske mase po prerezu, kjer se vidi, da je bilo dejansko odbrušen le sloj do maksimalne prostorninske mase. Do odstopanja je prišlo le na zgornji strani ploš~e, ki je imela zunanji sloj iz bukovine. Na zgornji strani te ploš~e bi bilo treba glede na te podatke odbrusiti še dodatnih 0,3 mm, kar pa bi bilo v nasprotju s prej ugotovljenim (sl. 6) odmikom maksimalne prostorninske mase od površine. ^eprav je mogo~e sklepati, da bo zaradi premajhnega odbruska na zgornjem sloju ploš~e, izdelane iz iverja bukve, prišlo do višje hrapavosti pa podatki ka`ejo prav nasprotno. Razlike v hrapavosti med zgornjo in spodnjo stranjo so pri tej varianti najmanjše, (preglednica 2, sl. 5, 6 in 7). Preglednica 2. Hrapavost brušenih ploš~ po variantah Slika 4: Porazdelitev prostorninskih mas po prerezu nebrušenih ploš~ Variant Ra a Zgoraj Spodaj Rz Zgoraj Spodaj mm Rmaks Zgoraj Spodaj Vl 6,63 4,96 41,08 32,43 59,36 50,00 V 2 8,05 6,38 45,63 38,38 69,61 56,16 V 3 9,87 8,77 56,45 53,95 89,29 85,95 V 4 7,30 3,46 43,90 22,60 64,11 34,73 V 5 5,57 5,42 30,89 31,11 45,74 43,41 LES wood 51 (1999) 5 Raziskave in razvoj 128 ISpodyj ■/;■:. Slika 6. Ra, odvisen od sestave iverja v zunanjem sloju pri brušenih vzorcih BS [Kidaj M Zgoraj | Slika 7. Rz, odvisen od sestave iverja v zunanjem sloju pri brušenih vzorcih Pri vseh variantah je opazno mo~no izboljšanje gladkosti površine, kar je tudi cilj brušenja. Primerjava podatkov o hrapavosti nebrušenih in brušenih ploš~ ka`e najve~je spremembe površine pri uporabi iverja hrastovine, najmanjše pa pri uporabi iverja smre-kovine (pregl. 3). Preglednica 3: Sprememba hrapavosti površine Varianta Sprememba (%) Vl 46,82 V 2 27,82 V 3 31,04 V 4 55,46 V 5 42,40 Slika 8. Rmaks, odvisen od sestave iverja v zunanjem sloju pri brušenih vzorcih Gladkost površine je bila pri uporabi bukovega iverja izboljšana bolj kot pri uporabi smrekovega iverja, vendar je bila hrapavost vseeno veliko ve~ja (sl. 4, 5 in 6). Najve~ja razlika med zgornjim in spodnjim zunanjim slojem je bila pri uporabi iverja iz hrastovine, najmanjša pa pri uporabi iverja iz topolovine in bukovine. Tudi pri brušenih ploš~ah je bila hrapavost spodnjega sloja ni`ja od hrapavosti zgornjega sloja. Premikanje finega iverja v smeri proti spodnjemu zunanjemu sloju in podlagi za natres iverja (Medved, Pirkmaier in Mihevc, 1997) opazimo tudi pri brušenih ploš~ah. Med natresanjem in prenosom poga~e do stiskalnice fine-jše iverje pada proti dnu. To padanje pa je mo`no zaradi praznih prostorov, ki nastanejo med natresanjem. Zaradi zapolnitve praznih prostorov v spodnjem zunanjem sloju je ta površina tudi manj hrapava v primerjavi z zgornjim zunanjim slojem. Ker ima spodnja stran ve~jo koli~ino finega iverja, je le-ta bolj zaprta in tudi bolj gladka in ima višjo prostorninsko maso v prvi desetinki mm debeline. Kljub temu da imata absolutno suha bukovina in hrastovina pribli`no enako prostorninsko maso (680 oz. 650 kg/m3), je bila hrapavost pri uporabi hrasta veliko manjša kot pri uporabi iverja bukovine. ^eprav imata obe lesni vrsti pribli`no enako stisljivost, ima LES wood 51 (1999) 5 Slika 9: Odvisnost hrapavosti spodnjega zunanjega sloja od prostorninske mase prvega odseka Slika 10. Odvisnost hrapavosti zgornjega zunanjega sloja od prostorninske mase zadnjega odseka ploš~a, izdelana iz iverja bukovine, ni`jo maksimalno prostorninsko maso od ploš~e, izdelane iz iverja hrastovine. Nasprotno pa sta pri uporabi iverja hrastovine profil in maksimalna pros-torninska masa pribli`no enaka kot pri uporabi bolj stisljivih lesnih vrst, kot sta na primer topol in smreka. Za ugotavljanje vpliva prostorninske mase na hrapavost površine je bil uporabljen prvi (spodnja stran ploš~e) in zadnji (zgornja stran ploš~e) odsek meritve, saj v nobenem primeru Rmaks ni bil ve~ji od 0,1 mm, kolikor znaša korak merjenja porazdelitve prostor-ninske mase po prerezu. Prostorninski masi prvega in zadnjega odseka sta prikazani v preglednici 4, korelacije med prostorninsko maso površine in hrapavostjo pa na sl. 9 in 10. Preglednica 4. Prostorninska masa prvega in zadnjega odseka Varianta Spodaj Zgoraj 3 g/cm 3 g/cm Vl 0,938 0,937 V 2 1,008 0,956 V 3 0,777 0,781 V 4 1,058 0,997 V 5 0,959 0,993 Najve~ja razlika v prostorninski masi prvega in zadnjega odseka je pri varianti V (hrastovina), zato je pri tej 4 varianti tako velika razlika med hrapavostjo spodnje in zgornje površine. Najmanjša razlika je pri varianti V 3 (bukovina) in V (topolovina), kjer so 5 tudi razlike v hrapavosti minimalne. V obeh primerih je prostorninska masa zadnjega odseka (zgornji zunanji sloj) celo nekoliko višja, kot je pri prvem odseku (spodnji zunanji sloj). Hrapavost brušenih ploš~ odvisna od prostorninske mase prvega in zadnjega odseka ploš~, saj z naraš~ajo~o pro-storninsko maso prvega in zadnjega odseka hrapavost pada, kar je prikazano na sl. 9 in 10. Z ve~anjem prostor-ninske mase prvega in zadnjega odseka se namre~ ve~a zaprtost površine, kar pa je povezano tudi s stisljivostjo iverja. Pri bolj stisljivih lesnih vrstah (topolovina, smrekovina) je bila hrapavost nizka. Hrapavost je bila nizka tudi pri uporabi hrastovine, kjer je bila kljub slabi stisljivosti iverja, prostornins-ka masa prvega in zadnjega odseka zelo visoka. ^e primerjamo iverje po varianti, kjer je bilo v zunanjem sloju uporabljeno iverje bukvine in hras-tovine, je kljub enaki masi natresanja natresena poga~a debelejša kot pa pri uporabi iverja bukve. 4. SKLEPI 1. Z brušenjem dose`emo ni`jo hrapavost površine ploš~e. Hrapavost se zmanjša za 20 in 60 %, odvisno od uporabljene lesne vrste v zunanjem sloju. Zmanjša se tudi razlika v hrapavosti površine ploš~e med spodnjim in zgornjim zunanjim slojem. Velika razlika je bila zazanav-na samo pri uporabi iverja hras-tovine, kjer pa je bila tudi velika 46 LES wood 51 (1999) 5 razlika v prostorninski masi prvega in zadnjega odseka. 2. Glede na hrapavost površine po brušenju je za uporabo najbolj neugodno iverje bukovine, najbolj ugodno pa iverje topolovine in hrastovine. Tako pri uporabi hrastovine kot pri uporabi topo-lovine je bila prostorninsko maso zgornje in spodnje površine visoka. Zaradi visoke prostorninske mase je površina bolj zaprta in tako tudi bolj gladka. Hrastovina in topo-lovina pa sta ugodna še posebej zato, ker je bila pri uporabi teh dveh drevesnih vrst površina tako nebrušenih kot brušenih ploš~ najbolj gladka, še posebej pri topolo-vini. Pri topolovini namre~ razlika med spodnjo in zgornjo površino ni bila tako velika kot pri hrastu. 3. Hrapavost površine je odvisna od prostorninske mase. Z naraš~anjem prostorninske mase prvega in zadnjega odseka hrapavost pada, saj je pri višji prostorninski masi prvega in zadnjega odseka površina bolj zaprta. Ve~ja prostorninska masa se praviloma dose`e z uporabo bolj stisljivih lesnih vrst ali pa z ve~jo koli~ino manj stisljive lesne vrste. 4. Tudi pri brušenju pride do izraza razlika med hrapavostjo spodnje in zgornje površine zaradi razli~ne podlage natresanja iverja. Med natresanjem in prenosom poga~e do stiskalnice finejše iverje pada proti dnu. To padanje je mo`no zaradi praznih prostorov, ki nastanejo med natresanjem. Zaradi zapolnitve praznih prostorov na spodnjem zunanjem sloju je ta površina tudi manj hrapava v primerjavi z zgornjim zunanjim slojem. Ker ima spodnja stran ve~jo koli~ino finega iverja, je ta stran bolj zaprta in tudi bolj gladka in ima višjo prostorninsko maso v prvih dveh desetinkah mm debeline. 5. LITERATURA 1. Devantier, B., Niemz, P. Untersuchungen zur Ermittlung strok-tureller Einflusse auf die Ober- Raziskave in razvoj flächenunruhe von Spanplatten. Holz als Roh- und Werkstoff, 47 (1989) I, s. 21-26 2. Iskra, E. Vpliv ~asa kondicionira-nja in zrnatosti uporabljenih brusnih papirjev na hrapavost površine MDF vlaknene ploš~e, Diplomska naloga, Ljubljana, BF, Oddelek za lesarstvo, 1995, 105 s. 3. Jai~, M., Seru~, R. Raziskave na podro~ju kvalitete površine lesnih ploš~. Les, (1989) 9/10, s. 257-261 4. Leni~, J. Hrapavost kot parameter površine surovih in oplemenitenih lesnih ploš~. Les, (1977) 9/10, s. 175-182 5. Manev, T. Utjecaj brušenja na hrapavost mo~enih i lakiranih površina. Drvna industrija, 43 (1992) 3, s. 92-99 6. Medved, S., Pirkmaier, S., Mihevc, V. Vpliv uporabljenih drevesnih vrst na hrapavost površine ivernih ploš~. Les, 49(1997)10, s. 285-291 7. Neusser, H., Krames, U., Haidinger, K., Serentschy, W. Der Span-character und sein Einfluß auf die Deckschichtqualitat von Spanplatten, Holzforschung und Holzver-wetung, (1969)4, 14 s. 130 8. Niemz, P. / Bauer, S. Beziehungen zwishen Stroktur und Eigenschaften von Spanplatten. Holzforshun-gen und Hoizverwertung, (1990)5, s. 89-93 9. Pirkmaier, S., Budnar, M. Prispevek k razvijanju sodobnejših metod merjenja profilov gostote nekih lesnih ploš~ pri nas. Les (1989) 5/6, s. 137-140 10.Plath, E., Schrutzler, E. Das Rohdichteprofil als Beurteilungsmerkmal von Splanplatten, Holz als Roh- und Werkstoff, 32 (1974), s. 443-449 11.Rajkovi}-Jirouš, V. Ispitivanje kvalitete brušenih površina. Drvna industrija, 42 (1991) 1/2, s. 3-IS 12.Rajkovi}-Jirouš, V. Utjecaj granu-lacija i smjera brušenja na hrapavost brušenih površina. Drvna industrija, 43 (1992) 2, s. 47-53 13.Rajkovi}-Jirouš, V. Utjecaj zatu-pljenosti brusne trake na hrapavost brušenih površina. Drvna industrija, 44 (1993) 2, s. 47-51 14.Urbanik, E. Neuer statistischer Beurteilungsmaßstab der Obertläch-enqualitat von Spanplatten. Holztechnologie 28 (1987) 6, s. 298-301