LES wood 50 (1998) 3 Raziskave in razvoj 52 UDK 630*812.31:001.4 Strokovni ~lanek Gostota in relativna gostota lesa Density and Relative Density of Wood N. Torelli 1 Izvle~ek Abstract Obrazlo`ena je slovenska, angleška in nemška terminolo- Slovenian, english and german terminology of density is explained gija gostote in obravnavan vpliv vlage na gostoto in rela- and the effect of moisture on density and relative density (»specific tivno gostoto. gravity«) of wood discussed. Klju~ne besede: gostota, relativna gostota, osnovna gosto- Keywords: density, relative density, basic density, moisture, termita, vla`nost, terminologija nology Gostota (prostorninska masa) rje de- stavka kontinuirane (sklenjene) homo- Ko je DIN 1306 namesto specifi~ne finirana kot masa na enoto volumna. gene porazdelitve mase dovoljuje te`e (spezifisches Gewicht) uvedel Matemati~no jo definiramo kot uporabo zgornje ena~be za telesa izraz Wichte, so ga za~eli uporabljati kon~ne velikosti: tudi lesarji in gozdarji. Z Rohwichte so r = limDDmV =dd mV m DV® 0 , r= V poimenovali »specifi~no te`o« lesa . kot porozne snovi in z Reinwichte kjer je m masa [kg] in V volumen [m3]. Pojem gostote lesa kot higroskopne in »specifi~no te`o« ~iste lesne oz. sten-nabrekljive snovi je dokaj zamotan. ske substance (Trendelenburg/Mayer-Infinitezimalna masa dm je skupna oz. Vselej je treba natan~no definirati, pri Wegelin 1955, s. 224), vendar ne v celotna masa v infinitezimalnem vo- kakšni vla`nosti sta bila dolo~eni ma- pomenu »specifi~na te`a«, temve~ lumnu dV. Le-ta je dovolj velik, da sa in volumen. K temu moramo prište- »gostota«. To je lahko dokazati, saj so vsebuje veliko število delcev. Koli~ina ti še hudo terminološko zmedo, zlasti uporabljali enote za gostoto (kg/m3 snovi v infinitezimalnem volumnu je v preteklosti, katere u~inki so vidni še ali g/cm3) in ne za »specifi~no te`o« zadosti velika, da snov lahko obra- danes. Mnogokrat gre za zamenja- oz. nem. Wichte. t.j. kp/m3. Veli~ini vnavamo kot kontinuum, vendar tudi vanje pojmov te`a in masa, (nem. te`a in specifi~na te`a v Zakonu o dovolj majhna, da jo v pogledu last- Gewicht in Masse; angl. weight in merskih enotah in merilih nista ome-nosti imamo za enotno. Dasi se zahte- mass). S te`o je v vsakdanji ali ohlap- njeni. Te`a G je sila, ki izhaja iz zeva snovna homogenost znotraj prav ni rabi mišljena masa, torej s tehta- meljske privla~nosti za maso m (G = vseh infinitezimalnih volumnov dV, le- njem dolo~ena masa, lahko pa tudi m x g). Merimo jo torej kot silo (N). ta ni nujna za celotno prostornino le- te`a, t.j. sila. Tako v angleški literaturi Veli~ina specifi~na te`a (g= r x g) je sa. To pomeni, da je lahko gostota pogosto naletimo na dve masni ve- zaradi prednosti nespremenljive mase posameznih infinitezimalnih volumnov li~ini: mass density, masno gostoto ali v primerjavi s spremenljivo te`o izgu-razli~na, vendar konstantna znotraj »ta pravo« gostoto r in weight densi- bila svoj pomen (prim. Kraut 1993, s. vsakega od njih. Prav takšni pa so les ty, te`no gostoto w, ko gre za te`o na 63). Kasneje so Nemci Rohwichte in njegovi sestavljenci (kompoziti). ^e enoto volumna in ki pomeni nekdanjo spremenili v Rohdichte, kar ustreza infinitezimalni volumen zadosti tem specifi~no te`o (glej dalje). In potem angl. bulk density. Slovenci ekvivalen-zahtevam, lahko gostoto definiramo so tukaj še stare merske enote, zlasti tov za ta izraza nimamo, zato govo-za vsako to~ko kontinuuma (Bodig & anglosaške, ki dodatno ote`ujejo pri- rimo le o gostoti, pri ~emer se (samo Jayne 1982, s. 38). Koncept kontinu- merjavo vrednosti. ob sebi) razume, da les vsebuje pra-uma izklju~uje predstavo atomske oz. zne prostore. molekulske zgradbe snovi. Predpo- Prvi izraz, ki se je uporabljal za ozna-~evanje gostote lesa, je bil nem. Mnogim dela te`ave pojem specific Raumgewicht, slov. prostorninska te- gravity. Takoj povejmo, da je izraz 1 Katedra za tehnologijo lesa, Oddelek za lesarstvo, Biotehniška `a. Šlo je za gostoto, saj so jo izra`ali povsem napa~en. Specific v fiziki pra-fakulteta, Univerza v Ljubljani, Ljubljana, Slovenija z g/m³ ali kg/m³. viloma pomeni »na enoto mase«. Gre LES wood 50 (1998) 3 Raziskave in razvoj 53 za lastnost enote mase in potemtakem za lastnost snovi ali substance oz. materiala in ne za lastnost objekta ali sistema. Tako je specifi~ni volumen, volumen na enoto mase in pomeni re-cipro~no vrednost gostoti, ki je masa na enoto volumna. Prav ni~ skupnega nima pojem z gravitacijo. Specific gravity prevajamo kot relativna gostota (angl. relative density) in jo oz-na~ujemo z d. (Panshin in de Zeeuw, 1980, s. 212) sta se zavedala, da je izraz zavajajo~ in sta predlagala namesto specific gravity izraz density index, ki pa se ni »prijel«. Relativna gostota je razmerje med gostoto snovi (v našem primeru lesa) in gostoto refer-en~ne snovi pri specificiranih pogojih in je brez enot (gre le za razmerje!). Relativno gostoto trdnin in kapljevin dolo~amo praviloma glede na gostoto vode pri temperaturi 4 °C. Tedaj je gostota vode najve~ja (pribl. 1.000 kg/m3). Le v absolutno suhem stanju sta gostota lesa r izra`ena v g/cm3 in relativna gostota d numeri~no enaki, sicer pa se v odnosu do vla`nosti zelo »muhasto« obnašata. Z naraš~anjem lesne vla`nosti se pove~ujeta masa in volumen. Pri to~ki nasi~enja celi~nih sten (TNCS, angl. Fiber Saturation Point, FSP; nem. Fasersättigungspunkt, FSP), t.j. pri pribl. U = 30 %, se nabrekanje lesa ustavi, medtem ko se masa lesa pove~uje še naprej. Na~elno gostota lesa do TNCS po~asi naraš~a, nad njo pa hitreje (slika 1). Da bi obrazlo`ili zvezo med vla`nostjo in relativno gostoto, moramo predvsem definirati pogoje, pri katerih sta bili izmerjeni masa lesa in volumen. Po dogovoru se masa lesa ugotavlja v absolutno suhem stanju, volumen pa pri specificirani vla`nosti, ki jo je treba navesti ob znaku za relativno gostoto. V angleški literaturi lahko beremo npr. specific gravity, volume when green, ali pa specific gravity, volume when oven dry. To pomeni, da je bil v prvem primeru les pri meritvi volumna sve` (angl. green), t.j. z vla`nostjo U³TNCS (tj. z maksimalnim volumnom), v drugem pa sušilni~no suh, t.j. skoraj absolutno suh (angl. oven=pe~, nem. darren=-sušiti, `gati). Zdaj ne bo delala te`av tudi takšna formulacija: »specific gravity (basis of green volume and oven-dry weight)«. Gre za relativno gostoto lesa, pri katerem je bil volumen lesa izmerjen v sve`em stanju, »oven dry weight« pa bi lahko spustili. Seveda lahko dolo~imo relativno gostoto pri poljubni vla`nosti, ~eprav sta omenjeni najpogostejši. Z naraš~anjem vla`nosti ostaja masa nespremenjena (po dogovoru), volumen lesa pa se pove~uje do TNCS, nato ostane konstanten. Relativna gostota zato do TNCS pada, nato pa ostane konstantna (in minimalna) (slika 2). Ta konstantna vrednost nad TNCS je osnovna relativna gostota (angl. basic specific gravity ali bolje basic relative density) (Siau 1995, s. 14). Iz vsega tega se vidi, kako pomembno je potrebno gostoto natan~no definirati, zlasti v pogledu vla`nosti, pri kateri sta bili izmerjeni masa in volumen. r12...15 pomeni gostoto zra~no suhega lesa, t.j. pri lesni vla`nosti, ki je v ravnovesju z »zunanjo« klimo celinske Srednje Evrope. rN je normalna gostota, t.j. gostota pri vla`nosti, kot jo zadobi les v normalni klimi (tj. pri temperaturi 20 °C in relativni zra~ni vla`-nosti 65 %). Lesna vla`nost je tedaj pribli`no 12 %. To je gostota »abso-lutno» (bolje sušilni~no) suhega lesa. Gostoto navsezadnje lahko dolo~imo pri poljubni vla`nosti, vendar moramo vselej navesti vla`nost. Lahko pa izrazimo gostoto lesa tudi kot osnovno ali bazno gostoto R. Ta je koli~nik med maso absolutno (sušil-ni~no) suhega lesa in maksimalnim volumnom, kot ga ima sve` les ali natan~neje, kot ga ima les, katerega vla`nost je enaka vsaj TNCS (tj. U » Slika 1. Zveza med lesno vla`nostjo in gostoto lesa (po Kollmannu 1934) Figure 1. Relationship of density to moisture content Slika 2. Vpliv vla`nosti U na relativno gostoto d in gostoto r ob predpostavki konstantnih volumnov in da je to~ka nasi~enja celi~nih sten (TNCS) 30% (risba po Siauu 1995, s. 15). Figure 2. Effect of moisture content on relative density (»specific gravity«) d and density r, assuming constant lumen size and a fiber saturation point (FSP) of 30%. LES wood 50 (1998) 3 Raziskave in razvoj 54 30 %). Takšno gostoto je zelo lahko dolo~iti in reproducirati ter je zelo popularna. Pomeni koli~ino absolutne suhe lesne substance v volumnu sve-`ega lesa. V nemš~ini se imenuje Raumdichte ali Raumdichtezahl, v an-gleš~ini pa basic density. Nekoliko redkeje sre~amo izraza nominalna gostota in nominalna relativna gostota (angl. nominal specific gravity). V tem primeru gre za gostoto oziroma relativno gostoto, pri kateri je bil volumen izmerjen pri ozna~eni vla`nosti (masa pa v absolutno oz. su{ilni~no suhem stanju). Potemtakem sta osnovna gostota in osnovna relativna gostota posebna in najpogosteje uporabljana primera nominalne gostote oziroma nominalne relativne gostote. Doslej smo obravnavali gostoto »ma-sivega« lesa, tj. lesa kot porozne snovi. Volumen lesa je poleg celi~nih sten vseboval tudi prazne prostore. Z zelo zahtevnimi meritvami z izpodrivanjem z razli~nimi mediji so izmerili tudi gostoto celi~ne stene oz. gostoto lesne substance ali ~isto gostoto r‘ (nem. Reindichte). Ta znaša v absolutno su- hem stanju okroglih 1.500 kg/m3, kar si ne bo te`ko zapomniti. Zanimivo je, da je gostota lesne substance prak-ti~no enaka pri vseh lesnih oz. drevesnih vrstah. Razlike v gostoti masivnega lesa so potemtakem posledica razli~ne prostorske porazdelitve lesne mase v lesu. Ta odvisi od anatomskh posebnosti posameznih lesov, kot jih dolo~a de-le` posameznih tkiv in debelina celi~-nih sten, predvsem vlaken. Pri balzi (Ochroma lagopus Sw., ro = 120 kg/m³) prevladuje tankosteno paren-himsko tkivo, pri gvajaku (Guaiacum officinale L., lignum vitae, ro, beljava = 1.300 kg/m³) pa debelostena vlakna. Razlika v gostoti obeh lesov je zato pribli`no 1:10! Nasplošno lahko trdimo, da je spodnja meja gostote pogojena mehansko, zgornja pa fiziološko. Les z zelo nizko gostoto ne bi bil dovolj trden, les z zelo visoko gostoto pa ne bi opravljal svoje osnovne vloge, tj. transporta vode in skladiš~enja asimi-latov. LITERATURA 1. Bodig, J. & B.A. Jayne 1982. Mechanics of wood and wood composites. Van Nostrand Reinhold Comp., New York, itd. 2. Kollmann, F. 1934. Holzgewicht und Feuchtigkeit. Z. VDI 78: 1399. 3. Kraut, B. 1993. Strojniški priro~nik 10. izd. Tehniška zalo`ba Slovenije, Ljubljana. 4. Panshin, A.J. & C. De Zeeuw 1980. Textbook of wood technology 4. izd. McGraw-Hill Book Comp., New York, itd. 5. Siau, J.F. 1995. Wood: influence of moisture on physical properties. Dept. of Wood Science and Forest Products, Virginia Polytechnic Institute and State University. 6. Trendelenburg, H.M./H. Mayer-Wegelin 1955. Das Holz als Rohstoff 2. izd. Carl Hanser Verlag, München. Novice iz Weiniga Weinig raste Z januarjem letošnjega leta je v skupini Weinig pod okriljem h~erinske firme Dimter iz Illertissna za~elo delovati podjetje Fagus GreCon iz Alfelda v Nem~iji. Njegov glavni proizvodni program so izdelki in razvoj izdekov za otimizacijo predelave lesa, kar se idealno vklaplja v Wei-nigovo proizvodno podro~je. Novo podjetje z dvema proizvodnima obratoma v Nem~iji ter prodajo in servisi v ZDA, Veliki Britaniji in Ju`ni Afriki ra~una letos na obseg poslov v vrednosti 130 mio DEM. Weinigov uspeh na Kitajskem Kitajska tovarna za proizvodnjo strojev v Yantai, ki jo je Weinig prevzel v maju 1997, posluje nad pri~akovanji. V lanskem letu je bilo izdelanih ve~ kot 100 standardnih rezkalnih avtomatov za kitajski trg. Tako tudi ni pretirano pri~akovanje, da se bo proizvodnja in prodaja v letoš- njem letu na tem trgu podvojila. S temi novostmi in razširitvami je skupina Weinig presegla vsoto pol milijarde DEM vrednosti poslov na leto, kar jo med proizvajalci in dobavitelji strojev za masivno obdelavo lesa krepko postavlja na prvo mesto na svetu. Novi redni ~lan uprave Weiniga Karl Wachter je bil s 1. januarjem letos imenovan za rednega ~lana uprave Weinig AG, iz Tauberbischofsheima. Odgovoren je za finan~no podro~je in kontroling. Svojo poklicno pot je pri firmi Weinig za~el leta 1961, postal prokurist v letu 1989, od leta 1996 dalje pa je bil namestnik ~lana uprave.