Materiály na bázi dřeva

Rostoucí spotřeba dřeva ve stavebnictví je podmětem k vývoji nových speciálních stavebních a velkoplošných materiálů s optimálními mechanicko-fyzikálními vlastnostmi. Nově vznikající materiály mají předem určený způsob použití v  konstrukcích a nejsou již považovány pouze za materiály pro levné a náhradní řešení.

 

Dřevo a jeho vlastnosti

Dřevo slouží potřebám lidstva již několik tisíc let. Zatímco při výrobě nábytku je potenciál dřeva přiměřeně zužitkován, ve stavebnictví na své masivní využití dřevo teprve čeká. Je to způsobeno především tím, že vlastnosti dřeva jsou oproti jiným materiálům používaným ve stavebnictví značně odlišné. Ačkoliv poměr nízké objemové hmotnosti a vysoké pevnosti (v porovnání s ostatními stavebními materiály) zajišťuje dřevu výborné předpoklady pro použití v nosných konstrukcích, často se hovoří o následujících vlastnostech bránících jeho širšímu využití:

• hygroskopicitě (schopnost látek pohlcovat vlhkost) a s ní spojených změnách rozměrů při změně vlhkosti
• nehomogenitě (různorodost struktury, kvality a vlastností)
• anizotropii (nestejnoměrnost vlastností v různých směrech – mechanické vlastnosti v podélném směru několikanásobně převyšují vlastnosti v příčném směru)
• nízké odolnosti proti otevřenému ohni

Důvody vedoucí ke vzniku materiálů na bázi dřeva

Hlavním důvodem, který vedl k vývoji materiálů na bázi dřeva, byla snaha o výrobu produktů využívajících příznivé vlastnosti dřeva (izolační vlastnosti, snadná obrobitelnost, příznivé působení na prostředí, nízké výrobní nároky na energii) a zároveň překonávajících jeho nevýhody.

Protože dřevo je materiál tvořený z vláken, který sesychá/bobtná pouze ve směru kolmém na vlákna, lze rozměrové změny materiálů na bázi dřeva minimalizovat vhodným konstrukčním řešením, například tzv. křížovým lepením (lepením materiálu tak, že směry vláken jednotlivých lepených vrstev jsou na sebe kolmé). Při výrobě aglomerovaných materiálů se dřevo nejdříve dezintegruje na drobné části a tyto drobné části se následně spojují do jednoho celku s uspořádáním podle požadavků na konečný produkt. Tímto výrobním postupem lze dosáhnout nízké vlhkostní roztažnosti.

Materiály na bázi dřeva také překonávají nehomogenitu přírodního dřeva a rozšiřují rozmanitost jednotlivých konstrukčních řešení. Ačkoliv tyto materiály, stejně jako použitá výrobní surovina, vykazují anizotropní chování, na rozdíl od dřeva lze stupeň anizotropie kompozitních materiálů regulovat (například velikostí a orientací dřevních částic). To je další podstatná výhoda těchto materiálů, neboť jejich vlastnosti v jednotlivých směrech mohou být řízeny podle požadavků na konečný způsob aplikace.

Variabilita mechanických vlastností je u materiálů na bázi dřeva také menší než v případě nehomogenní přírodní suroviny – dřeva (Baker, 2002).

Mezi další významné výhody těchto materiálů patří:

• možnost výroby produktů v rozměrech, které jsou omezovány pouze použitou výrobní technologií
• možnost efektivnějšího využití přírodního materiálu
• snadnější přizpůsobení měnícím se požadavkům trhu
• v porovnání s ostatními materiály menší zatížení životní prostředí z důvodů minimální spotřeby chemických látek, které jsou ve výrobku obsaženy (Thelandersson, Larsen, 2003)
• schopnost výroby materiálů s vysokou odolností vůči biotickým činitelům a proti ohni po přidání chemických přípravků a retardérů hoření

Moderní materiály na bázi dřeva jsou vyráběny převážně ze sortimentů nízké kvality z rychle rostoucích druhů dřevin. Skutečnost, že surovina nízké kvality může být použita pro výrobu vysoce kvalitního produktu, je pokládána za jednu z největších výhod těchto materiálů a to zejména v případech, kdy jsou pro výrobu používány malé průměry kulatin. Další výhodou je, že díky různým technologickým postupům mohou být z několika málo druhů dřevin vyráběny materiály se širokou škálou vlastností pro odlišné aplikace (Breyr, 1993; Štefka, 2002).

Obrázek č. 1: Materiály na bázi dřeva

Zleva: spárovka, překližka, deska z orientovaných plochých třísek (OSB), dřevotřísková deska, izolační (měkká) vláknitá deska, vláknitá deska se střední hustotou (MDF), dřevo-plastová deska (WPC), sendvičový panel.

 

Mechanické a fyzikální vlastnosti materiálů na bázi dřeva

Na mechanicko-fyzikální vlastnosti (a na způsoby aplikace) materiálů na bázi dřeva mají výrazný vliv téměř všechny výrobní parametry. Mezi nejpodstatnější se obvykle uvádí: velikost, geometrie, orientace, formování a kvalita dřevních částí, typ a množství použitého lepidla a přídavných látek a lisovací faktory, které vzájemnou interakcí v průběhu lisování třískového koberce usměrňují zejména tvorbu hustotního profilu charakterizující rozložení hustoty v deskách.

Základní dřevní části, ze kterých jsou nejčastěji vyráběny aglomerované materiály, jsou zobrazeny na obr. č. 2.

Obrázek č. 2: Dřevní elementy používané pro výrobu materiálů na bázi dřeva

Zleva shora: dýhy, velké ploché třísky pro výrobu OSB, bílá (papírenská) štěpka, štěpka pro výrobu třísek a vláken, třísky, vlákna.

 

Způsob využití jednotlivých materiálů a jejich mechanicko-fyzikální vlastnosti se často odvozuje podle hustoty (nebo příčného hustotního profilu). Obecně platí, že s vyšší hustotou se mechanické vlastnosti materiálů zlepšují, ale při změnách vlhkosti také dochází ke většímu bobtnání (Strickler, 1959; Suchsland, 1962; Kelly, 1977; Wang et. al., 2000).

Při výrobě materiálů na bázi dřev se zmenšující se velikostí částic se zlepšuje možnost jejich formování při lisování, což má za následek stoupající hustotu vyráběného materiálu. V grafu č. 1 jsou zobrazeny rozmezí normovaných hodnot hustoty jednotlivých materiálů. V praxi se obvykle hustota materiálů pohybuje blízko spodní hranice intervalu.

Graf č. 1 – Hustota materiálů na bázi dřeva

SM – dřevo smrku, PD – překližky, OSB – desky z plochých orientovaných třísek, TD – třískové desky, HB – tvrdé vláknité desky, MDF – vláknité desky se střední hustotou, SB – měkké vláknité desky.

U běžně vyráběných materiálů pro konstrukční účely mají povrchové vrstvy obvykle větší hustotu než vrstva středová (Xu, Winistorfer, 1995). Při namáhání v ohybu působí na konstrukční prvky největší síla v povrchových vrstvách. Proto je výhodné vyrábět konstrukční materiály s příčným hustotním profilem ve tvaru písmene „U“ s větší hustotou  povrchových vrstev než ve vrstvě středové. Takto vyrobené desky dosahují vyšších hodnot ohybové pevnosti a modulu pružnosti v ohybu než desky s rovnoměrným příčným hustotním profilem při stejné průměrné hustotě (Painter et. al., 2006a).

Pevnost v ohybu a modul pružnosti v ohybu jsou další základní charakteristické hodnoty, mající hlavní vliv na způsoby aplikace jednotlivých materiálů. Používají se zejména pro výpočty a dimenzování konstrukcí (Kuklík, 2005).

Graf č. 2 – Pevnost v ohybu materiálů na bázi dřeva

SM – dřevo smrku, PD – překližky, HB – tvrdé vláknité desky, MDF – vláknité desky se střední hustotou, OSB – desky z plochých orientovaných třísek, TD – třískové desky, SB – měkké vláknité desky.

 

Použití materiálů na bázi dřeva

V současnosti se se vzrůstajícím technologickým a technickým rozvojem množství konstrukčních materiálů na bázi dřeva zvyšuje. Nově vznikající materiály mají specifičtější vlastnosti odpovídající jejich různým způsobům využití. Vznikají kvalitnější vodě-odolná lepidla a hydrofobizační přídavky, které se používají u materiálů vystavených podmínkám trvale se měnící vlhkosti.

Mezi dnešní nejrozšířenější a nejvíce používané velkoplošné materiály patří: třískové desky (výroba nábytku), vláknité desky se střední hustotou (nábytek – frézované, tvarové prvky), desky z velkoplošných orientovaných třísek a překližky (stavebnictví, obaly) a izolační vláknité desky. V budoucnu lze předpokládat zejména rozvoj výroby materiálů a sendvičových panelů přímo pro konkrétní způsob použití.

Výrazný pokrok ve vývoji materiálů na bázi dřeva dnes umožňuje jejich použití i v oblastech, které byly ještě nedávno doménou oceli a betonu. Podobně jako u ostatních stavebních materiálů je ale nutné používat vhodné konstrukční řešení pro konkrétní způsob aplikace a respektovat jejich vlastnosti. Jen v takovém případě bude možné plně využívat jediné obnovitelné suroviny zajišťující trvalý rozvoj ve stavebnictví – dřeva – aniž by se snižovala kvalita a bezpečnost provádění staveb.

 

Základní pojmy a definice velkoplošných materiálů:

• Spárovka je lepená deska z masivního dřeva. Desky se skládají z jednotlivých dřevěných lamel, které se vzájemně lepí vedle sebe.
• Překližovaná deska je deskový materiál tvořený souborem 3 nebo více vrstev navzájem slepených dýh (tenkých vrstev dřeva), přičemž směry vláken sousedních vrstev jsou zpravidla na sebe kolmé.
• (Dřevo) třísková deska je deskový materiál z dřevěných částic (dřevěných třísek, hoblin, pilin, lamel apod.) nebo jiných celulózových částic (lněné a konopné pazdeří, bagasa) s přídavkem lepidla vyrobený lisováním za tepla.
• Deska z plochých orientovanýchtřísek (OSB) je vícevrstevná deska z dřevěných třísek a lepidla. Třísky mají přesně stanovený tvar a tloušťku. Ve vnějších vrstvách jsou orientovány rovnoběžně s délkou nebo šířkou desky a lamely ve vnitřní vrstvě jsou orientovány zpravidla v kolmém směru ke třískám vnější vrstvy.
• Deska pojená cementem je deskový materiál vyráběný lisováním dřevěných nebo jiných rostlinných částic pojených hydraulickým cementem, který může obsahovat různé přísady.
• (Dřevo) vláknitá deska je deskový materiál vyrobený z lignocelulózových vláken použitím ohřevu a/nebo tlaku.
  Soudržnosti je dosaženo:
  
  • zplstnatěním vláken a jejich přirozenou lepivostí
  • syntetickou pryskyřicí přidávanou na vlákna
• MDF (Medium Density Fiberboard) - vláknité desky se střední hustotou (často nazývány středně tvrdé vláknité desky). Vyznačují se stejnorodou strukturou slisovaných vláken v celém svém průřezu. Jsou vyráběny převážně jako jednovrstvé, ale mohou být i vícevrstvé. Do této skupiny se obvykle zařazují desky s hustotou od 350 do 850 kg/m³.
• WPC (Wood Plastic Composite) – takto se označují kompozitní materiály vyráběné ze dřeva (dřevních vláken) a polymeru. Optimální poměr dřeva a polymeru bývá kolem 2/3 dřeva a 1/3 polymeru - nejčastěji se používá vysokotlaký polyetylén nebo polypropylen. 

---

 

Elektornická publikace ke stažení - "Materiály na bázi dřeva".

Publikace je k dispozici ve formátu pdf. Datum publikování: 30. 1. 2012.

 

V elektronické publikaci jsou popsány základní typy materiálů na bázi dřeva, jejich charakteristika, způsoby a postupy výroby, mechanické a fyzikální vlastnosti a parametry které jednotlivé vlastnosti materiálů ovlivňují, a dále jsou zde uvedeny konkrétní příklady uplatnění materiálů. Pro větší přehlednost je publikace doplněna množstvím barevných obrázků hlavních druhů materiálů. Další kapitoly jako např. Historie výroby materiálů na bázi dřeva, Chemické látky používané pro výrobu materiálů na bázi dřeva, Povrchové úpravy, nebo třeba Anglicko-německo-český slovník doplňují informace o materiálech do ucelené formy. Na závěr je uveden přehled strojů pro základní dělení dřeva a hlavní druhy pilových kotoučů se zřetelem na vhodnost použití pro řezání různých druhů materiálů.

 

Odkaz pro stažení publikace: http://fld.czu.cz/~bohm/materialy_na_bazi_dreva.pdf (7.1 MB)

Citace pdf verze: Böhm, M., Reisner, J., Bomba, J. (2012) Materiály na bázi dřeva. Česká zemědělská univerzita v Praze. ISBN 978-80-213-2251-6.

 

---

  

O webové prezentaci "Materiály na bázi dřeva" 

Tato webová prezentace vznikla s podporou Fondu rozvoje vysokých škol a jejím účelem je přehledně představit základní dřevěné materiály, jejich vlastnosti a vhodné účely použití. Části textu i obrázky je možné dále zdarma využívat pro nekomerční účely (při současném uvedení zdroje). Použití pro komerční účely pouze se souhlasem autorů.

Veškeré náměty či dotazy prosím zasílejte na adresu správce webu. Za jekékoliv připomínky vedoucí k vylepšení publikovaných materiálů budeme vděční.

Autoři: 

• Martin Böhm, Jan Reisner, Jan Bomba, Jiří Lukášek