1

Thermowood-o metoda de modificare

termica a lemnului

Producator: Finnforest - Finlanda

2

Ce este modificarea lemnului?

• Modificarea lemnului (inca din 1920) implica actiunea unuiagent chimic, biologic sau fizic asupra materialului provocando modificare permanenta a compozitiei chimice polimerice siastfel imbunatatind o anumita proprietate :– Modificare chimica (ex: acetilare-Accoya wood-

TitanWood; Indurite-Osmose, UK-impregn cu rasina; Kebonywood-furfurilation-Norvegia; Belmadur-BASF Germania, rasina)

– Modificare termica– Modificare enzimatica (lacasse-autoadeziune)

– Modificare a suprafetei (ex:UV)– Modificare prin impregnare

3

• Ce este modificarea lemnului?Dati exemple

4

Lemn modificat termic (TMT)

• CEN/TS 15679:2007:Thermally Modified Timber–Definitions and characteristics

• ”Lemn a carui compozitie in peretii celulari si ale caruiproprietati fizice sunt modificate prin expunere la temperaturi mai mari de 160°C in conditii deficitare de oxigen. Lemnul este modificat astfel incat unele din proprietatile sale sunt afectate in mod permanent”

• ”Principalele modificari produse prin regim termic, comparativ cu lemnul netratat sunt –imbunatatireastabilitatii dimensionale si cresterea rezistentei la atacul ciupercilor si in unele cazuri modificareaculorii.”

5

Istoricul lemnului tratat termic

• Prima data, metoda a fost studiata stiintific de catre cercetatoriiStamm si Hansen in anii 1930 in Germania

• Mai recent(incepand cu 2000), cercetarile s-au materializat in implementari industriale in:– Finlanda (ThermoWood) -16 unitati avand o capacitate anuala de 60000 m3

(2000)– Franta (Retified wood, New Option Wood)– Rusia (Barkett)– Olanda (PLATO procedure, Lignius, Lambowood)– Germania (Menz Holz tratament cu ulei)– Austria (Huber Holz si ThermoHolz)– Danemarca (WTT)– Franta, Quebec (Le Bois Perdure) – UK (Osmose-Royale- ulei si temperaturi inalte)– Japonia (EDS technique).

6

• Ce este modificarea termica a lemnului?Enuntati cateva procedee

7

Procesul ThermoWood®-aparitie siraspandire

• Procesul ThermoWood® a fost dezvoltat sipatentat de catre VTT Technical Research Centre(Centrul de cercetare stiintifica) din Finlanda(www.vtt.fi)

• patentul este administrat de compania Licentia Oy(www.licentia.fi)

• Austria, Belgia, Elvetia, Germania, Danemarca, Spania, Franta, UK, Grecia, Irlanda, Italia, Olanda, Portugalia, Suedia, Japonia, SUA, Canada

8

Imagini ale produsului Thermowood

http://www.archello.com/en/product/thermowood

9

Conceptul Thermowood

• Consta in incalzirea lemnului la o temperatura de cel putin 180 C in prezenta aburului (agent protector)

• Aburul produce si modificari chimice in interiorul lemnului.• Culoarea lemnului se inchide• Thermowood este mai stabil decat lemnul normal in conditii de

variatii de umiditate• Proprietatile izolatoare sunt imbunatatite. • Rezistent la putrezire. • Pe de alta parte, lemnul devine mai putin rezistent la solicitari de

incovoiere.• Procesul este ecologic

10

• Ce este procesul Thermowood si cine l-a patentat?

11

Materia prima si continutul de umiditate

• Pin silvestru (Pinus sylvestris), molid (Picea abies), mesteacan (Betula pendula), si plop tremurator (Populustremula)- in Finlanda.

• S-au mai tratat cu succes si alte specii precum Pinusradiata, frasin (Fraxinus excelsior), larice (Larix sibirica), alun (Alnus glutinosa), fag (Fagus silvativa), si eucalipt.

• Pentru tratament se aleg piese de cherestea cu nodurisanatoase

• Tratamentul se poate aplica deopotriva lemnului uscat sauverde – lemnul va fi uscat in timpul tratarii pana la valoareaabsoluta, ceea ce reprezinta faza cea mai lunga din cadrultratamentului termic

12

Pin

Molid

Mesteacan

Plop tremurator

Arin

Altele

Specii Thermowood

13

• Ce specii sunt tratate cu metoda Thermowood?

14

Procesul Thermowood

www.thermowood.fiViikari, 2008

Echipamentul de tratare termicaeste fabricat din otel inoxidabil-vaporii suntcorozivi

Sisteme de incalzire cu uleifierbinte –pot primi sursa de caldura din combustia unuicombustibil biologic (lemn), gaz sau petrol

Gazele evaporate din lemn in timpul procesului Thermowoodsunt supuse combustiei

15

• Faza 1. Cresterea temperaturii si uscarea lemnului la temperaturiinalte, MC scade catre zero. Durata fazei de uscare depinde de MC initial, specie si grosime a cherestelei. Intrucat lemnul devineelastic la temperaturi ridicate, rezistenta sa la deformare devinesuperioara lemnului uscat conventional –consumul energetic al tratamentului termic este cu 25% mai mare decat in cazuluscarii conventionale.

• Faza a 2-a. Tratamentul termic. Temperatura in interiorul camereide tratare creste la 185 ºC - 215 ºC, apoi ramane constanta timpde 2–3 ore. Aburul este utilizat in timpul uscarii si tratamentuluitermic pentru a proteja lemnul si a preveni arderea sa- participa sila modificarile chimice din lemn

• Faza a 3-a. Racire si conditionare- temperatura scade prinsprayere cu apa. Cand temperatura atinge 80–90 ºC, are loc re-umidificarea lemnului astfel incat sa ajunga la o valoareutilizabila 4–7%- o diferenta prea mare de umiditate intre lemn simediul extern ar cauza crapaturi, fisuri. Conditionarea dureazaintre 5–15 ore depinzand de temperatura de tratare si specie

16

• Descrieti fazele procesului Thermowood

17

Clasificare standard a produselorThermowood

• Thermo-S = ‘stabilitate’- umflarea si contragereatangentiala pentru clasa Thermo-S = 6–8%

• Lemn relativ durabil conform EN 113-rezistenta sa la ataculciupercilor corespunde cerintelor clasei 3.

- mobilier- podele- structuri de saune- mobilier de gradina

- elemente de constructii- mobilier pentru interior- mobilier de gradina- banci pentru saune- componente de usi si ferestre

Thermo-S FoioaseThermo-S Rasinoase

18

Clasificare standard a produselorThermowood

• Thermo-D=‘durabilitate’- durabilitatea biologica este proprietateacea mai importanta pentru aplicatiile acestei clase de tratament. Umflarea si contragerea tangentiala pentru clasa Thermo-D = 5–6%.

• Lemnul Thermo-D este clasificat ca fiind durabil conform EN 113, rezitenta sa naturala la atacul ciupercilor corespunde clasei 2.

Aplicatii ca pentru Thermo-S, dar unde este acceptata o culoare mai inchisa

- materiale de protectie- usi de exterior- constructii- mobilier de baie si sauna- podele- mobilier de gradina

Thermo-D FoioaseThermo-D Rasinoase

19

Efectele tratamentului ThermoWood asupraproprietatilor lemnului

CEN/TS 15679:2007:Thermally Modified Timber–Definitions and characteristics (Lemn Modificat Termic. Definitii si caracteristici )

20

• Descrieti clasele standard ale procesului Thermowood, caracteristici, aplicatii, impact asupra lemnului

21

Proprietatile lemnului Thermowood

Viikari, 2008

22

Modificari chimice

Hemicelulozele se degradeaza mai usor decat alte componente chimice si se evapora in timpul tratamentului termic (la 200–260 ºC). Substantele extractibilese elimina, lemnul devine mai usor.

Cantitatea de hemiceluloze in speciile de foioase este mai mare decat la rasinoase- hemicelulozele sunt cele care se degradeaza. Cantitatea de lignina incepe sa scada numai cand temperaturile cresc peste 200 ºC.

23

• Prezentati modificarile chimice care au loc in lemnul tratat termic si proprietatile pe care le influenteaza

24

Modificari ale proprietatilor fizice• Densitate:

– ThermoWood are o densitate mai scazuta decat lemnul netratat(app.10%)- datorita scaderilor masice din timpul tratamentului

– Densitatea scade cu cresterea temperaturii. • Umiditatea de echilibru:

– Tratamentul termic reduce umiditatea de echilibru, iar la temperaturiridicate (220 °C) umiditatea de echilibru devine app. jumatate din valoarea pe care ar avea-o in cazul lemnului netratat-efect benefic asupraThermoWood. Rezistentele lemnului depind intr-o mare masura de continutul de umiditate sub punctul de saturatie a fibrei.

– 65%RH => MC = 6 ± 2%– 80% RH => MC = 9 ± 2%– 90% RH => MC = 11 ± 2%.

• Umflare si contragere– Umflarea si contragerea ThermoWood® este de 50% din valorile

corespunzatoare lemnului netratat• Permeabilitate

– Permeabilitatea la apa a lemnului tratat este mai scazuta decat a lemnuluinetratat uscat conventional (in cazul molidului- 20–30% mai scazuta).

25

• Conductivitate termica– Conductivitatea termica a lemnului tratat prin ThermoWood este

mai scazuta cu 20–25% fata de lemnul netratat (rasinoase- in camere de uscare cu regimuri obisnuite). ThermoWood esteadaptat aplicatiilor de exterior, ferestre, constructii din lemn, saune.

• Rezistenta la foc– Tratamentul termic reduce rezistenta la foc a lemnului. Aceasta

probabil se datoreaza evaporarii substantelor volatile. Desitemperatura in timpul tratamentului nu se apropie de temperaturade aprindere, aceasta produce dezintegrarea unor constituenti ailemnului. ThermoWood corespunde clasei D de rezistenta la foc.

• Durabilitate biologica– Se remarca capacitatea lemnului tratat termic de a rezista

putregaiului brun.– Pentru ca lemnul sa atinga clasa de durabilitate 1 (foarte durabil)

sunt necesare temperaturi de peste 220 °C timp de 3 ore, in timp cepentru clasa 2 (durabil), sunt necesare temperaturi de app. 210 °C

– Nu se recomanda ca ThermoWood sa fie utilizat in aplicatii in care se afla in contact direct cu solul

26

• Rezistenta la insecte– ThermoWood este rezistent la cele 3 tipuri de insecte

testate: Cerambycidae, Anobium punctatum, LyctusBruneus. Acestea identifica pinul datorita emisiilor de terpene- aceste emisii sunt foarte mult diminuate in ThermoWood –insectele vor prefera lemnul normal

– ThermoWood nu rezista atacului termitelor

27

Rezistenta la factorii climatici

• Ploaie– Daca ThermoWood este expus mediului exterior pe suprafata

poate sa apara mucegai. Datorita bacteriilor prezente in aersau murdariei generata de ploi pe suprafata lemnului netratatse pot dezvolta fungi. Atacul este doar superficial.

• Lumina solara– ThermoWood nu poate rezista radiatiei UV –culoarea se

modifica intr-o nuanta gri– Produce fisuri pe suprafetele neacoperite cu filme protective

– Vopselele cu intarire acida sau acrilice pot imbunatatiperformantele lemnului ThermoWood expus in exterior

28

• Culoare• este modificata de catre temperatura de

tratare si de timp. Cu cat temperatura este maimare, cu atat mai inchisa devine culoarea

29

• Emisii– In general scad cu cresterea temperaturii de tratare– Mirosul caracteristic de “fum” al lemnului

Thermowood provine de la continutul de furfurol

30

• Descrieti modificarile proprietatilor fizice produse de procesul de tratare termica Thermowood

31

Modificari ale proprietatilor mecanice

• Rezistenta la incovoiere si MOE (modul de elasticitate)– Reduceri substantiale ale rezistentelor mecanice se produc la

temperaturi de peste 220 °C (scad cu 40%) datorita rasinii extrase din lemn

– Se recomanda ca ThermoWood sa nu se utilizeze pentru aplicatiistructurale

32

• Rezistenta la smulgerea suruburilor– Valorile rezistentei la smulgerea suruburilor se datoreaza mai

mult variatiilor densitatii lemnului decat tratamentului propriu-zis.

• Rezistenta la compresiune paralela cu fibrele– Este cu 30% mai mare decat cea a lemnului netratat termic– Lemnul tratat termic nu este la fel de elastic ca lemnul uscat

conventional

33

• Duritate– Duritatea lemnului creste odata cu cresterea

temperaturii de tratare• Rezistenta la incovoiere dinamica

– Cu app. 25% mai mica decat a lemnului uscatconventional.

• Rezistenta la forfecare– Pentru lemnul tratat termic la temperaturi inalte (230

°C) rezistenta la forfecare diminueaza pe directieradiala de la 1 - 25%, iar pe directie tangentiala de la 1 -40%.

• Rezistenta la spintecare– se reduce cu 30-40%, iar reducerea este cu atat mai

mare cu cat temperaturile de tratare sunt mai mari

34

• Descrieti modificarile proprietatilor mecanice produse de procesul de tratare termica Thermowood

35

Prelucrabilitatea lemnului Thermowood

– manipularea ThermoWood necesita mai multa grija decatlemnul uscat conventional – mai sensibil la prelucrari mecanice

– Se recomanda scule ascutite atunci cand se prelucreazaThermoWood

• Prelucrarea cu panze circulare– Se recomanda panze cu dantura fina placate cu placute metalice– Deoarece lemnul tratat nu mai contine rasina, necesarul de

putere pentru ferastruire este mai redus, iar durata de viata a echipamentului creste.

– ThermoWood este foarte uscat, praful de lemn rezultat printaiere este foarte fin si se imprastie cu usurinta – necesitaechipament de exhaustare

36

• Rindeluire– Datorita tratamentului, lemnul ThermoWood poate prezenta

bombare– Cele mai bune rezultate se pot obtine cu arbori cu cutite placate, ca

si cum s-ar lucra cu specii dure– ThermoWood produce frecari mai mici in zona de alimentare a

masinii si astfel suprafetele prelucrate vor fi mai fine– Valori mari ale raportului turatie/viteza de avans pot cauza arsuri

pe suprafata.• Frezare

– Cutitele sa fie ascutite, altfel se produc smulgeri de fibre– Frezarea lemnului tratat prin Thermowood poate fi asemanata

prelucrarii foioaselor dure si sfaramicioase• Slefuire

– Praful generat este constituit din particule fine- necesita grija prinsisteme de exhaustare corespunzatoare.

– In multe cazuri nu mai este necesara slefuirea lemnului ThermoWoodintrucat prezinta o suprafata buna dupa rindeluire sau frezare

37

• Incleiere– Rezistenta la forfecare a zonei de incleiere scade cu cresterea

temperaturilor de tratare. Ruptura epruvetelor testate se produce in lemn si nu in zona de adeziv

– Cand se lucreaza cu adezivi polivinilici, continutul de apa al adezivului trebuie minimizat- tratamentul termic produce modificari ale capacitatii lemnului de absorbtie a apei- vitezade absorbtie a adezivului si apei in lemn scade- durate de uscare prelungite

– Adezivii cu intarire chimica au timpi de uscare normali• Imbinari in dinti

– Se recomanda cutite placate cu carburi metalice pentruprelucrarea imbinarilor.

– Se mai recomanda ca adezivul sa fie aplicat pe ambeleelemente ale imbinarii pentru a se obtine o imbinare rezistenta

– Cutitele trebuie sa fie ascutite (conditie esentiala) si sa lucrezecu viteze scazute

38

• Imbinari mecanice– Spintecarea materialului poate fi evitata daca inainte de insurubare a

feroneriei, lemnul este mai intai gaurit– Feroneria sa fie din otel inoxidabil pentru a reduce riscul colorarii lemnului– Datorita stabilitatii dimensionale a lemnului ThermoWood, ajustajele pot fi

proiectate cu tolerante mai mici decat in cazul lemnului normal.– Rezistenta lemnului la smulgerea suruburilor este cu 20% mai mica datorita

starii modificate a peretilor celulari

• Tratamente superficiale– Pentru ca rasina este eliminata in timpul tratamentului, nu mai exista

riscul de scurgeri de rasina din zone de noduri catre stratul de acoperire (lac, vopsea, etc)

– Atentie trebuie acordata finisajelor pe baza de apa intrucatThermoWood are o capacitate mai mica de absorbtie a apei decatlemnul normal

– Necesita un consum mai mare de grund

39

Thermowoodimediat dupatratare

Thermowoodneprotejat dupa 6 luni de expunerela factori climatici

40

• In ce mod este influentata prelucrabilitatea lemnului tratat termic?Descrieti influenta asupra diferitelor moduri de prelucrare

41

Aplicatii ale ThermoWood

Exterior

-constructii din lemn

-tamplarie de exterior

-mobilier de gradina

-pavaje

42

Interior

-placare pereti si tavane

-podele

-mobilier de interior

-mobilier pentru saune

43

• Enuntati care sunt aplicatiile de exterior si interior ale Thermowood

44

Manipularea deseurilor din Thermowood

• ThermoWood poate fi ars. Produce cu app.30% maiputina energie decat lemnul netratat deoarece energiacontinuta de substantele extractibile este pierduta in timpul procesului de tratare

• Arde cu flacara mai mica si produce mai putin fum sigaze decat lemnul normal

• Este posibila peletizarea si brichetarea prin amestec cu praf de la lemnul netratat(de rasinoase)- ThermoWoodfiind uscat si lipsit de rasini, necesita acest adaos pentrua oferi peletilor capacitate de coeziune

45

• Comentati despre manipularea deseurilor din Thermowood

46

Test de evaluare a cunoştinţelor• Ce este modificarea lemnului?Dati exemple• Ce este modificarea termica a lemnului?Enuntati cateva procedee• Ce este procesul Thermowood si cine l-a patentat?• Ce specii sunt tratate cu metoda Thermowood?• Descrieti fazele procesului Thermowood• Descrieti clasele standard ale procesului Thermowood, caracteristici,

aplicatii, impact asupra lemnului• Prezentati modificarile chimice care au loc in lemnul tratat termic si

proprietatile pe care le influenteaza• Descrieti modificarile proprietatilor fizice produse de procesul de

tratare termica Thermowood• Descrieti modificarile proprietatilor mecanice produse de procesul de

tratare termica Thermowood• In ce mod este influentata prelucrabilitatea lemnului tratat

termic?Descrieti influenta asupra diferitelor moduri de prelucrare• Enuntati care sunt aplicatiile de exterior si interior ale Thermowood• Comentati despre manipularea deseurilor din Thermowood