Puun pintatiheyden kasvattaminen puristamalla; prosessiparametrien vaikutusten analysointi

Density is one of the most significant factors affecting the mechanical properties of wood. Scots pine has a relatively low density and increasing its density would widen the range of applications for this species. In this study Scots pine sapwood samples were densified by compressing the porous structure under heat and moisture. Densifying one side of wood aims at applications that require only one harder surface, such as flooring. This study evaluated the significance of different process parameters (temperature, closing time, holding time, moisture content, and compression ratio) on wood surface densification and their effect on the wood density profile. Furthermore, microscopic analysis was performed on a selection of samples. The literature part describes the theory of densification including previous studies related to wood compression. The results of this study indicate that a shorter closing time of 0.5 minutes resulted in the deformation being significantly higher and closer to the densified sample surface than with a longer closing time of 5 minutes. Using a compression temperature of 150 °C the density curve also exhibited a higher peak closer to the sample surface, while a higher temperature of 200 °C resulted in the highest density peak being lower and further from the surface. A longer holding time of 10 minutes exhibited a density increase over a wider section of the sample thickness than when using a shorter holding time of 1 minute. However, the highest peak was slightly closer to the sample surface with the shorter closing time. Higher moisture content led to deeper deformation. However, the highest moisture content of 13.5 % exhibited a lower densification ratio than moisture contents of 11 % or 8.5 %. The manner of wood deformation in compression can be controlled by optimizing the process parameters and thus achieving desired properties. This method of densifying wood has not been widely investigated but it already shows great potential and requires further investigation for commercial production.Tiheys vaikuttaa merkittävästi puun mekaanisiin ominaisuuksiin. Metsämännyn (Pinus Sylvestris) tiheys on suhteellisen pieni ja tiheysominaisuuksia parantamalla voitaisiin laajentaa männyn käyttömahdollisuuksia. Tässä tutkimuksessa männyn pintatiheyttä kasvatettiin puristamalla puun huokoista rakennetta lämmön ja kosteuden avulla metallilevyjen välissä. Vain toinen puristuslevy oli lämmitetty, jolloin vain toinen pinta muovautuu. Yhdeltä puolelta puristettua puuainesta voidaan käyttää sovelluksissa, joissa vain yhden pinnan ominaisuudet ovat korostettuja, kuten lattiamateriaaleissa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin eri prosessiparametrien (lämpötila, sulkemisaika, puristusaika, puun kosteus ja puristussuhde) merkitystä puristetun puun tiheysprofiiliin. Lisäksi suoritettiin mikroskooppinen tutkimus osalle näytekappaleista. Kirjallisuusosiossa esitettiin puun puristamisen ja tihentymisen teoriaa. Lyhyemmällä puristusajalla (0.5 min) saavutettiin korkeampi tiheyshuippu lähempänä puun pintaa kuin pidemmällä puristusajalla (5 min), jolloin vain sisäkerrokset muovautuivat. Käytettäessä matalampaa lämpötilaa (150 °C) tiheysprofiilissa ilmeni korkeampi tiheyshuippu lähempänä puun pintaa kuin käytettäessä korkeampaa lämpötilaa (200 °C), jolloin paksumpi osuus puusta muovautui hieman kauempana puristetusta pinnasta. Pidempää puristusaikaa (10 min) käytettäessä hieman paksumpi osuus puusta muovautui kuin lyhyemmällä puristusajalla (1 min). Korkeammalla kosteusprosentilla kappaleille saavutettiin korkeampi tiheyshuippu mutta puristuvuussuhde jäi matalammaksi kuin matalammilla kosteuksilla. Puun muovaamista puristamalla voidaan hallita optimoimalla prosessiparametreja haluttujen ominaisuuksien mukaan. Puun muovaamista vain toiselta puolelta ei ole laajasti tutkittu, mutta suurta potentiaalia on havaittavissa tämän tutkimuksen perusteella. Jatkotutkimuksilla voitaisiin selvittää myös teollisen mittakaavan tuotannon mahdollisuuksia