Usporedba simulacijskih modela za ploče iverice homogene i troslojne strukturne građe

This paper shows the results of finite element (FE) models of three-layer particle boards. Two particle board FE models were made with differently defined structures. In the first model, the structure of commercial three-layer particle board is defined as single-layer with isotropic (PB-1L) properties, while in the second model, it is defined as three-layer with orthotropic properties (PB-3L). The results of FE models were compared with values obtained by testing the commercial particle board. Dimensions of FE models and applied loads were prepared according to bending strength testing mode defined according to EN 310:1993. Model comparison is based on comparison of sample deflection and von Mises stress in the middle of the sample. The analysis was done only in linear elastic region. The obtained results show that models with homogenous material (PB-1L) achieved greater agreement with measured results (deviation app. 2 %), while models with three-layer material (PB-3L) displayed deviation of app. 7 %. Lower agreement of results obtained for PB-3L model and measured values of commercial particle board is due to a greater number of approximations (elastic characteristics) involved in the simulation model. Despite the greater deviation, the preparation of a three-layer model would be more acceptable for the analysis of strain distribution across the cross-section of the particle board.U radu su prikazani rezultati ispitivanja simulacijskih modela troslojne ploče iverice. Izrađena su dva simulacijska modela iverice različito definirane strukturne građe. U prvom je modelu strukturna građa komercijalne troslojne ploče iverice definirana kao jednoslojna, s izotropnim (PB-1L) svojstvima, a u drugom je modelu definirana kao troslojna ploča ortotropnih svojstava (PB-3L). Vrijednosti simulacijskih modela uspoređene su s komercijalnom pločom ivericom. Dimenzije i opterećenja simulacijskih modela izrađeni su prema načinu ispitivanja savojnog opterećenja definiranoga normom EN 310:1993. Usporedba modela temelji se na usporedbi veličine progiba te von Misesovih naprezanja na sredini dužine uzorka. Analiza je provedena samo u linearno elastičnom području. Dobiveni rezultati pokazuju da je za model homogene građe (PB-1L) zabilježena veća podudarnost s mjernim rezultatima (odstupanje je iznosilo približno 2 %), dok je za modela troslojne građe (PB-3L) odstupanje bilo nešto veće (približno 7 %). Manja podudarnost rezultata dobivenih za model PB-3L nego za mjerne rezultate komercijalne ploče posljedica je većeg broja aproksimacija pri definiranju elastičnih svojstava ploče. Unatoč većem odstupanju, izrada troslojnih modela bila bi prihvatljivija za analizu raspodjele naprezanja po poprečnom presjeku ploče iverice

Impact of MDF Board Side Plane Instability on Lacquer Film Crack Appearance

U radu su provedena istraživanja konkretnog problema drvnotehnološke prakse u tvrtki koja proizvodi dovratnike od srednje gustih ploča vlaknatica (MDF, engl. medium density fi berboards). Vidljive stranice MDF dovratnika površinski su lakirane bijelim poliuretanskim lakom. Tridesetak dana nakon ugradnje na bočnim stranicama dovratnika pojavile su se dužinske pukotine u lakiranom filmu. U istraživanju pojave tih pukotina ispitana su tehnička svojstva i koncentracija slobodnog formaldehida MDF ploča originalnog dovratnika proizvođača K, MDF ploča istog proizvođača iz pogona proizvodnje dovratnika, MDF ploča proizvođača H te lakiranih eksperimentalnih MDF ploča oba proizvođača. Eksperimentalne ploče s oznakom KE, proizvođača K, jedine su zadovoljile zahtjeve normi HRN EN 622-5 za ploče vlaknatice za opću uporabu u suhim uvjetima (tip MDF). Struktura lakirane površine testirana je nanošenjem 97-postotne sulfatne kiseline (H2SO4) na tanke lamele debljine 5 mm koje su ispiljene od bočnih stranica eksperimentalnih uzoraka te uzoraka originalnog dovratnika. Djelovanjem kiseline destruiran je završni sloj laka, a pigmentirani temelj s ostalim dodacima sastrugan je s površine. Uočeno je da lakirani film originalnoga lakiranog dovratnika proizvođača MDF ploča K nema sloj dvokomponentnoga poliuretanskog bezbojnog temelja ili je nanesen u neznatnoj količini. Pucanje lakirnog filma na bočnim stranicama posljedica je dubinskih pukotina u strukturi MDF ploče, koje se pojavljuju tridesetak dana nakon lakiranja. Eksperimentalne ploče s oznakom KE, proizvođača MDF ploča K, imaju optimalan sloj dvokomponentnoga poliuretanskog bezbojnog temelja, dvokomponentni poliuretanski bijeli temelj te poliuretanski dvokomponentni polumat lak i na njima nisu uočene izrazitije pukotine na bočnim stranicama. Pri lakiranju MDF ploča potrebno je nanijeti optimalan sloj dvokomponentnoga bezbojnog poliuretanskog temelja na bočne stranice te potpuno zaštititi dovratnike poliuretanskim filmovima, a ne samo na vidljivim stranicama. Nužno je primijeniti nosive MDF ploče za uporabu u suhim uvjetima tipa MDF.LA, a u uvjetima povišene relativne vlage zraka primijeniti ploče vlaknatice za opću uporabu u vlažnim uvjetima tipa MDF.H ili nosive ploče za uporabu u vlažnim uvjetima tipa MDF.HLS. Tanka MDF ploča, slijepljena s debelom MDF pločom, mora imati povećanu otpornost na vodu ili to mora biti ploča vlaknatica iz skupine HDF ploča.This paper presents the research of a specific problem met in woodworking practice by the company K that manufactures door frames made of MDF boards (medium density fi breboards). Visible side surfaces of MDF door frames were lacquered with white polyurethane lacquer. Thirty days after installation, longitudinal surface cracks appeared in the lacquer fi lm on side planes of the door frame. Within the research of the said appearance of cracks, testing was carried out of technical properties and free formaldehyde concentration of the original door frame made of MDF boards by the manufacturer K, MDF boards of the same manufacturer from door frame plant, MDF boards made by the manufacturer H and lacquered experimental MDF boards of both manufacturers. The lacquered surface structure was tested by applying 97 % sulphuric acid (H2SO4) on 5 mm thick lattices that were cut out from side planes of experimental and original door frame samples. The action of acid destructed the lacquer final layer, and pigmented base with other additives was scraped off the surface. It was noticed that the lacquer film on the original door frame made of MDF panels by the manufacturer K had no two-component polyurethane clear base, or that it was applied in a very small quantity. Lacquer film cracking on side planes is the consequence of in-depth cracks in the structure of MDF panels that occur thirty days after lacquering. Experimental boards designated KE, produced by MDF manufacturer K, have an optimum layer of two-component polyurethane clear base, two-component polyurethane white base and two-component polyurethane semi gloss enamel paint. On side planes of these boards no distinctive cracks were observed. In lacquering MDF boards, it is necessary to apply two-component polyurethane clear base on side planes, and to fully protect the door frames with polyurethane films, and not only the visible planes. The use of load bearing MDF boards is necessary in dry conditions - MDF.LA type, and in increased relative humidity, fibreboards are required for general use in humid conditions - MDF.H type or load bearing boards for use in humid conditions - MDF.HLS type. Thin MDF board, glued to a thick MDF board, must be resistant to water or be an HDF fibreboard

Mehanička svojstva i sadržaj slobodnog formaldehida ploča iverica izrađenih primjenom katalizatora na bazi amonijeva sulfata djelomično zamijenjenoga vinskom kiselinom

The use of resins, whose curing reaction takes place by high temperature and hardener addition, is inevitably involved in particleboard manufacturing process. In addition to commercial hardeners, such as ammonium sulphate, with the aim of optimizing the production process and reducing the production costs, a certain percentage of hardener can, among other things, be replaced with price affordable bio-based materials. Tartaric acid, that is its salts (tartrates), which are commercially produced for the needs of wine and food industries, are a part of the aforementioned group of products. Since tartaric acid is a relatively inexpensive, readily available, weak diprotic and aldaric acid, the question arises whether it can be used as a component of the hardener system for curing urea-formaldehyde resins that are commercially used in particleboard production. For that reason, in this paper, the influence of partial replacement of ammonium sulphate hardener with tartaric acid on the mechanical properties (bending strength, modulus of elasticity and internal bond) and free formaldehyde content of experimentally produced particleboards was examined. Boards thickness, density and moisture content were also determined. The test results suggest that tartaric acid has a beneficial effect on the above particleboard properties, but they also indicate that the extent of that effect is strongly dependent on panel press time.Proces proizvodnje ploča iverica neminovno podrazumijeva upotrebu smola čija se reakcija otvrdnjavanja ostvaruje uz pomoć povišene temperature i katalizatora. Uz komercijalne katalizatore poput amonijeva sulfata, radi optimizacije procesa i racionalizacije troškova proizvodnje ploča, katalizatore je u određenom postotku moguće zamijeniti, među ostalim, i cijenom prihvatljivim proizvodima na biobazi. U navedenu se skupinu proizvoda svrstava i vinska kiselina, točnije njezine soli (tartarati), komercijalno proizvedene za potrebe vinske i prehrambene industrije. S obzirom na to da je vinska kiselina relativno jeftina, lako dostupna, slaba diprotonska, aldarna kiselina, postavlja se pitanje potencijala njezine primjene u sustavima katalizatora za otvrdnjavanje ureaformaldehidne smole koja se upotrebljava u proizvodnji ploča iverica. Upravo je zato u ovom radu ispitano kako se zamjena dijela amonijeva sulfata tartaratnom kiselinom odražava na mehanička svojstva (savojnu čvrstoću, modul elastičnosti, vlačnu čvrstoću) i na koncentraciju slobodnog formaldehida eksperimentalno proizvedenih ploča iverica. Usto, u eksperimentu su određene debljina i gustoća ploča te sadržaj vode u njima. Rezultati ispitivanja upućuju na to da dodatak vinske kiseline povoljno utječe na navedena svojstva ploča, ali i na činjenicu kako taj učinak iznimno ovisi o vremenu prešanja ploča

Basic Materials for Manufacturing Wood-Plastic Composites

U ovom radu sumirana su i sistematizirana dosadašnja istraživanja svojstava osnovnih materijala za proizvodnju drvno-plastičnih kompozita (engl. Wood-plastic composites – WPC). Analizirana su svojstva drvnih i polimernih materijala, te njihov utjecaj na preradivost, te fi zikalna i mehanička svojstva kompozita u uvjetima uporabe. WPC ima vrlo dobra svojstva u različitim uvjetima uporabe, te se pokazao kao jedno od rješenja problema prikladnog zbrinjavanja sve veće količine organskog i plastičnog ostatka. Specifičnosti pojedinih vrsta osnovnih drvnih i plastičnih materijala, mogućnosti njihove modifikacije i razne kombinacije omogućuju izradu različitih tipova kompozita, a time i oblikovanje krajnjih proizvoda točno određenih svojstava. Udio sintetičkih polimera i dodataka za poboljšanje strukture kompozita ne čini ih u potpunosti ekološki prihvatljivim materijalima, no WPC materijale potrebno je unapređivati i, općenito, širiti njihovu uporabu.This paper summarizes and systemizes research results of the characteristics of the basic materials for manufacturing wood-plastic composites (WPC). The properties of wood and polymer materials are discussed as well as their impact on processing, physical and mechanical properties and composite properties under conditions of use. WPCs have very good properties in different conditions of use, and they proved to be one of the solutions for proper disposal of ever increasing quantities of organic and plastic residues. Specific features of certain types of the basic organic and plastic materials, the possibility of their modifi cation and combination of materials, enable the production of different types of composites, and also of forming final products of specific characteristics. Due to the presence of synthetic polymers and additives for structural improvement of composites, these materials are not completely environmentally friendly, but efforts should be taken to improve the WPCs and generally to increase their use

Utjecaj modifikacije karbamid-formaldehidne smole s utekućenim drvom na svojstva ploča iverica

In the group of wood composite materials from fragmented wood, “valueless” biomass and residues are converted to valuable material. The problem of application of other necessary synthetic chemical components, particularly adhesives, which are essential non-wooden components in wood composite production (mainly oil derivatives), has been the subject of many scientific researches that gave positive results. Further to the above, many researches are focused on wood liquefaction and liquefied wood (LW) application as potential adhesives, related to gluing solid particles with liquid wood. Based on previous studies, maximum attention was given to LW applications in modification of phenol-formaldehyde (PF) resins, polyurethanes, saturated and unsaturated polyesters, isocyanates and epoxy resins, and their further application in novel material types. It is evident that because of their “inferior” properties, researches on urea-formaldehyde (UF) resins failed, as well as researches on preparations of UF base adhesives modified with LW. Therefore, the subject of this study was to research the influence of specific experimental parameters on liquefied wood compatibility with UF resins, its influence on polymer structure and adhesion-cohesion properties of modified UF adhesives, and particleboard physical mechanical properties and formaldehyde emission. The results showed that in all cases of UF resin replacement with LW, there was a significant reduction of formaldehyde emission in particleboards, which is one of the aims of this study. Furthermore, it was shown that LW does not show any polymer or adhesion properties, and in this regard laboratory synthesis was conducted of designed liquefied wood-formaldehyde (LWF) resin and LW was synthesized with formalin. With the LWF resin modification of particleboards, results showed increased mechanical properties and free formaldehyde emission as a direct influence of added formalin. To reduce the increased free formaldehyde emission, LWF resin was synthesized analogously to the production of PF resin novolak type, and prepared based on the percentage of lignin content (because of polyphenol properties) in investigated wood species (black poplar), which was applied in further researches.U drvnim kompozitnim materijalima od usitnjenog drva „bezvrijedna“ se biomasa i ostaci nakon uporabe pretvaraju u vrijedan materijal. Problem primjene ostalih nužnih sintetičkih kemijskih komponenata, osobito ljepila koja su esencijalne nedrvne komponente u proizvodnji drvnih kompozita (uglavnom naftni derivati), već je odavno predmetom znanstvenih istraživanja koja daju pozitivne rezultate. Vezano za navedenu problematiku, brojna su istraživanja usmjerena na utekućenje drva i primjenu utekućenog drva kao ljepila, odnosno na lijepljenje krutih drvnih čestica tekućim drvom. Na temelju dosadašnjih istraživanja, najviše je pozornosti pridano primjeni utekućenog drva u modifikaciji fenol-formaldehidnih (FF) smola, poliuretana, zasićenih i nezasićenih poliestera, izocijanata i epoksidnih smola te njihovoj daljnjoj primjeni u novim vrstama materijala. Evidentno je da su zbog njihovih „lošijih“ svojstava, istraživanja karbamid-formaldehidnih (KF) smola modificiranih utekućenim drvom izostala. Stoga je predmet istraživanja ovog rada utjecaj eksperimentalnih parametara na kompatibilnost utekućenog drva s KF smolama, utjecaj na polimernu strukturu i adhezijsko-kohezijska svojstva modificiranih KF ljepila te na fizikalno-mehanička svojstva i emisiju formaldehida ploča iverica. Rezultati su pokazali da je u svim primjerima zamjene KF smole UD-om znatno smanjena emisija formaldehida u pločama ivericama, što je i jedan od ciljeva ovog rada. Nadalje, pokazalo se da UD ne pokazuje polimerna ni vezivna svojstva, te je u tom smislu provedena laboratorijska sinteza projektirane utekućeno drvo-formaldehidne (UDF) smole, odnosno UD je sintetiziran formalinom. Modifikacijom ploča iverica UDF smolom, rezultati su pokazali povećana mehanička svojstva i emisiju slobodnog formaldehida kao izravan utjecaj dodanog formalina. Da bi se smanjila povećana emisija slobodnog formaldehida, UDF smola sintetizirana je analogno proizvodnji FF smola novolačnog tipa, te je pripravljena na temelju postotka sadržaja lignina (zbog polifenolnih svojstava) u istraživanoj vrsti drva (topolovini), te je upotrijebljena u daljnjim istraživanjima