مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

اثرات خشک‌کردن چوب در کوره رادیوفرکانس/خلاء در مقایسه با کوره هوای گرم بر ویژگی‌های ترمووود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، ایران
2 دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی
3 گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ
10.22034/ijwp.2024.2029106.1665
چکیده
بیان مساله و اهداف: در بین روش­های مختلف اصلاح حرارتی چوب، فرایند اصلاح در محیط بخارآب تحت عنوان تجاری "ترمووود" رایج­ترین روش محسوب می­شود. برای تولید ترمووود می­توان از چوب خشک یا چوب خیس به عنوان ماده اولیه استفاده کرد ولی به دلایل اقتصادی و فنی مانند وقوع ترک‌های سطحی طی خشک­کردن در دمای بالا، معمولاً از چوب خشک‌شده به عنوان چوب مصرفی استفاده می‌شود. در فرایند تولید ترمووود، اغلب به روش اتخاذ شده برای خشک­کردن چوب مصرفی توجه نمی­شود و صرفاً رطوبت چوب خشک‌شده، قبل از بارگذاری چوب در کوره ترمووود کنترل می‌شود، در حالی که ویژگی­های کیفی ترمووود ممکن است متاثر از روش خشک کردن چوب مصرفی باشد.
مواد و روشها: در این پژوهش، از الوارهای کاج جنگلی Pinus sylvestris)) خشک شده با روش­های مختلف برای تولید ترمووود استفاده شد. گونه کاج جنگلی متداول­ترین چوب مصرفی برای تولید ترمووود در ایران است. عملیات خشک­کردن به سه روش انجام شد: 1- کوره رادیو فرکانس/خلاء به ظرفیت 14 مترمکعب و با فرکانس 50 مگاهرتز، توان 100 کیلووات و حداکثر دمای 65 درجه سانتی‌گراد؛ 2-کوره هوای گرم در دمای کم (50 درجه سانتی‌گراد) و رطوبت نسبی حدودا 50 درصد و 3-کوره هوای گرم مطابق یک برنامه در 20 گام با حداکثر دمای 71 درجه سانتی‌گراد. عملیات اصلاح حرارتی در دمای 212 درجه سانتی‌گراد به مدت 3 ساعت انجام شد و ترمووود نوع D تولید شد. نمونه‌های چوب پس از اصلاح حرارتی و متعادل‌سازی در شرایط کلیما (دمای 20 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 65 درصد) مورد آزمون­های مختلف قرار گرفتند. ویژگی­های فیزیکی (رنگ، رطوبت تعادل و واکشیدگی ابعاد)، مکانیکی و مقاومت به هوازدگی نمونه­های ترمووود اندازه­گیری شد. رنگ‌سنجی نمونه‌ها بر اساس سیستم CIE-Lab انجام شد. رطوبت تعادل  و واکشیدگی حجمی نمونه‌ها در اتاق کلیما در دو دامنه رطوبت نسبی 60 و 90 درصد و دمای 20 درجه سانتی‌گراد اندازه­گیری شد. آزمون‌های مکانیکی شامل مقاومت فشار موازی الیاف، مقاومت به ضربه و مقاومت خمش استاتیکی نمونه­ها اندازه­گیری شد. آزمون هوازدگی تسریع شده با استفاده از دستگاه هوازدگی گاردنر برای مدت 750 ساعت انجام شد و پس از هوازدگی شدت تغییر رنگ نمونه­ها و ترک خوردگی سطحی اندازه گیری شد.
نتایج: نتایج نشان داد که مقاومت به ضربه ترمووود تولید شده از چوب خشک‌شده در کوره هوای گرم در دمای کم در مقایسه با دو روش دیگر به طور متوسط 60 درصد افزایش نشان داد ولی مدول الاستیسیته آن 22 درصد کمتر بود. معمولاً عدم رعایت اصول صحیح فرآیند تولید ترمووود  منجر به تنزل بیش‌ازحد مجاز در مقاومت به ضربه شود؛ بنابراین، اندازه‌گیری این نوع مقاومت، پارامتر مهمی برای کنترل کیفیت چوب اصلاح حرارتی شده محسوب می‌شود. تفاوت معنی­داری در ویژگی­های فیزیکی، مقاومت به هوازدگی، مقاومت خمشی و فشار موازی الیاف بین نمونه­های ترمووود مشاهده نشد.
نتیجه ­گیری: در مجموع می‌توان نتیجه‌گیری کرد که رطوبت تعادل و پایداری ابعاد ترمووود نوع D کاج جنگلی متأثر از روش خشک‌کردن چوب قبل از بارگذاری آن در کوره ترمووود نیست ولی مقدار برخی مقاومت‌های مکانیکی آن مانند مقاومت به ضربه و مدول الاستیسیته بسته به روش خشک­کردن چوب متفاوت بود. با توجه به رفتار خشک­شدن متفاوت گونه­های چوب، پیشنهاد می­شود اثرگذاری روش خشک­کردن هر گونه چوبی بر ویژگی­های کیفی چوب اصلاح حرارتی شده به طور مجزا بررسی شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hill, C.A. (2007) “Wood modification: chemical, thermal and other processes”, John Wiley & Sons.
[2] Hill, C., Altgen, M. and Rautkari, L. (2021) “Thermal modification of wood—a review: chemical changes and hygroscopicity,” Journal of materials science, 56(11), pp. 6581–6614. https://doi.org/10.1007/s10853-020-05722-z..
[3] Jones, D., Sandberg, D., Goli, G. and Todaro, L., (2020) “Wood Modification in Europe: A state-of-the-art about processes, products and applications”, Florence: Firenze University Press.
[4] Nikoutadbir, A., Tarmian, A., Mohtasebi, S.S. and Abdulkhani, A. (2023) “Emission of volatile organic compounds from heat-treated Scots pine wood as affected by wood drying method: Results obtained with olfactory machine and headspace gas chromatography-mass spectrometry,” Drying technology, 41(4), pp. 577–589. https://doi.org/10.1080/07373937.2022.2109160.
[5] Sandberg, D., Kutnar, A. and Mantanis, G. (2017) “Wood modification technologies - a review,” IForest : biogeosciences and forestry, 10(6), pp. 895–908. https://doi.org/10.3832/ifor2380-010.
 [6] Resch, H. (2006) “High-frequency electric current for drying of wood - historical perspectives,” Maderas Ciencia y tecnología, 8(2), pp. 67-82.  https://doi.org/10.4067/s0718-221x2006000200001.
[7] Espinoza, O. and Bond, B. (2016) “Vacuum drying of wood—state of the art,” Current forestry reports, 2(4), pp. 223–235. https://doi.org/10.1007/s40725-016-0045-9.
[8] Aydin, I. and Colakoglu, G. (2005) “Formaldehyde emission, surface roughness, and some properties of plywood as function of veneer drying temperature,” Drying technology, 23(5), pp. 1107–1117. https://doi.org/10.1081/drt-200059142.
[9] Jamalirad, L. et al. (2011) “Physical and mechanical properties of plywood manufactured from treated red-heart beech (Fagus orientalis L.) wood veneers,” Bioresources, 6(4), pp. 3973–3986. https://doi.org/10.15376/biores.6.4.3973-3986.
[10] Tarmian, A., Ciritcioğlu, H.H., Ünsal, Ö., Ahmadi, P., Gholampour, B. and Oladi, R. (2022) “Efficiency of radiofrequency-vacuum (RF/V) technology for mixed-species drying of wood disks with inherent defects,” Drying technology, 40(5), pp. 1002–1012. https://doi.org/10.1080/07373937.2020.1833214.
 [11] Ananías, R.A., Sepúlveda-Villarroel, V., Pérez-Peña, N., Torres-Mella, J., Salvo-Sepúlveda, L., Castillo-Ulloa, D. and Salinas-Lira, C. (2020) “Radio frequency vacuum drying of Eucalyptus nitens juvenile wood,” Bioresources, 15(3), pp. 4886–4897. https://doi.org/10.15376/biores.15.3.4886-4897.
 [12] Harris, R.A. and Lee, A.W. (1985) “Properties of white pine lumber dried by radio-frequency/vacuum process and conventional kiln process” Wood and fiber science, pp.549-552.
 [13] Mohd-Jamil, A.W. and Zairul, A.R. (2019) “Mechanical properties of timber dried using radio frequency–vacuum system,” in GCEC 2017. Singapore: Springer Singapore, pp. 185–192. https://doi.org/10.1007/978-981-10-8016-6_14
[14]  Nikoutadbir, A., Sharifi, N. and Tarmian, A. (2022) “Comparison of efficiency of radiofrequency/vacuum kiln and conventional kiln for drying Scots pine wood”, Forest and Wood Products, 75(1), pp.61-72. (In Persian).
[15] ISO 13061-14 (2016) “Physical and Mechanical Properties of Wood—Test Methods for Small Clear Wood”
[16] Blanchet, P., Kaboorani, A.K. and Bustos, C. (2016) “Understanding the effects of drying methods on wood mechanical properties at ultra and cellular levels”, Wood and Fiber Science, 48(2), pp.117-128
[17] Guler, C. and Dilek, B. (2020) “Investigation of high-frequency vacuum drying on physical and mechanical properties of common oak (Quercus robur) and common walnut (Juglans regia) lumber,” Bioresources, 15(4), pp. 7861–7871. https://doi.org/10.15376/biores.15.4.7861-7871.
 
[18] Tarmian, A. (2017) "Wood Drying Theories”, University of Tehran Press, Tehran. (In Persian).
 [19] Esteves, B.M. and Pereira, H.M. (2008) “Wood modification by heat treatment: A review,” Bioresources, 4(1), pp. 370–404. https://doi.org/10.15376/biores.4.1.370-404..
 [20] Mishra, K., Dubey, M.K., Chauhan, S.S. and Kumar Sethy, A. (2024) “Radio frequency-assisted drying of wood: a comprehensive review,” Wood material science & engineering, pp. 1–14. https://doi.org/10.1080/17480272.2024.2344041.
[21] Lee, N.H. and Jung, H.S. (2000)” Comparison of shrinkage, checking, and absorbed energy in impact bending of Korean ash squares dried by a radio-frequency/vacuum process and a conventional kiln”, Forest products journal, 50(2), pp.69-69.
 [22] Harris, R.A. and Lee, A.W. (1985) “Properties of white pine lumber dried by radio-frequency/vacuum process and conventional kiln process” Wood and fiber science, pp.549-552.
 [23] Tomak, E. D., Ustaomer, D., Yildiz, S. and Pesman, E. (2014) “Changes in surface and mechanical properties of heat treated wood during natural weathering,” Measurement, 53, pp. 30–39. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2014.03.018.
[24] Sandberg, D. and Söderström, O. (2006) “Crack formation due to weathering of radial and tangential sections of pine and spruce,” Wood material science & engineering, 1(1), pp. 12–20. https://doi.org/10.1080/17480270600644407.