Thermal conductivity and water vapour transmission properties of wood-based materials

For several wood-based materials (plywood, OSB, melamine faced board (MFB), particle board and fibre board), the thermal conductivity was determined as afunction of the temperature (ranging between 10 and 30°C) and also the moisture content (from an oven-dry sample up to amoisture content at 80% RH). Furthermore, the water vapour resistance factor of these materials as well as of the coating (at MFB) and the diffusion coefficient were determined under dry cup (performance at low humidity dominated by vapour diffusion) and wet cup (performance at high humidity with liquid water and vapour transport) conditions. Thermal conductivity increases with rising temperature, moisture content and density. Moreover, aclear decrease of thermal conductivity was found with decreasing particle size at the same density level, from solid wood over plywood and particle board to fibre board. The water vapour resistance factor of the wood-based materials increases with rising density and decreases with increasing moisture content. An influence of the particle and fibre board thickness was also revealed. In contrast to the remaining materials, an increase of the water vapour resistance factor with increasing moisture content was measured for the coating. The diffusion coefficient decreases with rising density and moisture conten

Thermal and moisture flux in soft fibreboards

The thermal conductivity of several wet and dry processed industrial soft fibreboards was determined at temperatures between10°C and30°C. Additionally, the thermal conductivity was tested relative to the moisture content ranging from an oven-dry sample to a moisture content of 85% relative humidity. Furthermore, the water vapour diffusion was investigated to determine the resistance factor and the diffusion coefficient under ‘dry cup' and ‘wet cup' conditions and the sorptions were tested by means of the sorption isotherms. The thermal conductivity increases with increasing temperature at about 0.45% per Kelvin and with increasing moisture at about 0.17×10−2W/mK per percent volumetric moisture content. Furthermore, the thermal conductivity depends on the manufacture (dry or wet process) and is influenced by density. The water vapour resistance factor increases and the diffusion coefficient decreases with increasing density. Both factors decrease with increasing moisture content and they are dependant on board thickness, composition and manufacturing. The sorption isotherm is similar to solid wood below about 80% relative humidity but strongly increases for soft fibreboards with binding fibres and additives of ammonium phosphate or sodium borate and boric acid when above 80% relative humidit

Untersuchungen zur Quellung und Wärmedehnung von Faser-, Span- und Sperrholzplatten

Zusammenfassung: Es wurde die Quellung und die Temperaturdehnung in Plattenebene sowie die Dickenquellung von diversen Holzwerkstoffen (Faser-, Span- und Sperrholzplatten) untersucht. Dabei zeigte sich ein stark reduziertes Quellverhalten (differentielle Quellung) in Plattenebene zwischen 80% und 95% relativer Luftfeuchte (rLF) gegenüber dem Quellverhalten zwischen 35% und 80% rLF bei allen untersuchten Plattentypen. Weiter konnte eine Abhängigkeit der Quellung von der Dichte innerhalb einer Holzwerkstoffgruppe (innerhalb der verschiedenen Sperrholzplattentypen sowie innerhalb der verschiedenen Spanplattentypen) festgestellt werden. Die unterschiedliche Quellung der Sperrholzplatten parallel und quer zur Faserlängsrichtung der Deckschicht war stark von der gemessenen Schicht abhängig (⊥ oder ||). Bei der Dickenquellung konnte innerhalb der verschiedenen Spanplattentypen eine Abhängigkeit von der Dichte festgestellt werden. Bei den Sperrholzplatten entsprach die Dickenquellung in etwa der tangentialen Quellung bei Vollholz, trotz der radialen Ausrichtung der einzelnen Furniere. Dies liegt in der behinderten Quellung quer zur Faserrichtung in der Plattenebene begründet. Die Temperaturdehnung ist mit 3.7 bis 5.9×10-6m/(m·K) bei allen Holzwerkstoffen sehr gering. Bei der untersuchten Sperrholzplatte (niedrigster Wert) entspricht sie der Wärmeausdehnung von Vollholz in Längsrichtung. Die Wärmeausdehnung der Span- und Faserwerkstoffe beträgt ungefähr das 1,5-fache des Sperrholze

Der Einfluss der Temperatur auf die Biegefestigkeit und den Elastizitätsmodul bei verschiedenen Holzwerkstoffen

Zusammenfassung: Der Einfluss der Temperatur auf die Biegefestigkeit und den Elastizitätsmodul von acht verschiedenen Holzwerkstoffen (2 MDF, 1 OSB, 2 Spanplatten, 2 Sperrholzplatten (Buche und Fichte), 1 Massivholzplatte) im Bereich zwischen -20°C und +60°C wurde untersucht. Dabei wurde zwischen 20°C und 60°C eine Reduktion der Biegefestigkeit von 12-39% und eine Reduktion des Elastizitätsmoduls von 14-46% gemessen. Das Verhalten der Arbeit bis zur Maximalkraft variierte in diesem Bereich stark. So wurde zwischen 20°C und 60°C je nach Holzwerkstoff eine Zunahme bis zu 48%, aber auch eine Abnahme bis zu 31% gemessen. Zwischen 20°C und -20°C nahm die Biegefestigkeit zwischen 5% und 22% und der Biege-E-Modul zwischen 3% und 27% zu. Nur bei der Massivholzplatte in Längsrichtung nahm der Biege-E-Modul um 6% ab. Bei der Arbeit bis zur Maximalkraft streuten die Werte zwischen einer Abnahme um 19% und einer Zunahme um 10

Untersuchungen zum Einfluss des Plattenaufbaus auf ausgewählte Eigenschaften von Massivholzplatten

Zusammenfassung: An labortechnisch hergestellten Massivholzplatten aus Fichtenholz wurden die Wärmeleitfähigkeit, die Gleichgewichtsfeuchte, die Längenquellung und der Wasserdampfdiffusionswiderstand bestimmt. Die Wärmeleitfähigkeit liegt im Normalklima im Bereich von 0.09-0.11W/m·K. Hohlräume in der Mittellage (Schlitze, Abstände zwischen den einzelnen Brettlamellen) führen zu einer geringen Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit. Auch die Anordnung der Jahrringe wirkt sich aus. Auf den Wasserdampfdiffusionswiderstand haben die Orientierung der Jahrringe in den Lagen und die Hohlräume in den Mittellagen einen Einfluss. Die Gleichgewichtsfeuchte liegt oberhalb von 35% rel. Luftfeuchte etwas unterhalb derjenigen von Fichtenholz. Bei Holzwerkstoffmittellagen ist sie durch die geringere Ausgleichsfeuchte der Holzpartikelwerkstoffe geringer als bei reinen Vollholzmittellage

Thermal behaviour of Norway spruce and European beech in and between the principal anatomical directions

Thermal conductivity (ThCond), thermal diffusivity and heat capacity of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) and European beech (Fagus sylvatica L.) have been determined for all principal directions - radial (R), tangential (T) and longitudinal (L) - depending on the moisture content (MC) and ThCond was additionally measured in 15° steps between these directions. The ThCond was determined in a guarded hot plate apparatus. For determining thermal diffusivity and heat capacity, the same apparatus was supplemented with thermocouples and the temperature evolution was evaluated numerically by a partial differential equation. The results show expectedly that ThCond increases with increasing MC, whereby the highest increment was observed in T and the lowest in L direction. ThCond is higher for beech than for spruce in all anatomical directions and the conductivity for both species is more than twice as high in L direction than perpendicular to grain. The highest ThCond is found for beech at a grain angle of approximately 15°. The lowest ThCond shows spruce at an angle of approximately 60° between T and R direction. Thermal diffusivity is similar for both species and decreases with increasing MC. Its differences with regard to the anatomical directions correlate with those of the ThCond values. Heat capacity is lower for beech than for spruce and shows a clear increase with increasing M

Untersuchungen zu ausgewählten Eigenschaften von Fichtenklangholz aus Graubünden

Zusammenfassung: Fichtenklangholz von drei verschiedenen Standorten aus dem Kanton Graubünden/Schweiz wurde hinsichtlich verschiedener physikalisch-mechanischer Eigenschaften geprüft. Von einem Standort wurde das Holz zusätzlich drei Monate wassergelagert, um den Einfluss der Extraktstoffe zu testen. Die Untersuchungen umfassten eine Analyse der Jahrringstruktur, Schallmessungen mit Longitudinal- und Transversalwellen in den drei Hauptschnittrichtungen, Biegefestigkeit und Biege-E-Modul, Eigenfrequenzmessungen und die Ermittlung des logarithmischen Dekrements der Schwingungsdämpfung. Ferner wurdendas Sorptionsverhalten und die Quellung bestimmt. An Einzelproben wurde zudem der Extraktstoffanteil ermittelt. Die untersuchten Holzeigenschaften weisen an allen Standorten auf Klangholz von hoher Qualität hin. Zwischen den drei untersuchten Standorten wurden, außer aufgrund der unterschiedlichen Dichte bedingt, keine signifikanten Unterschiede in den Holzeigenschaften festgestellt. Die Wasserlagerung führte zum Herauslösen von Extraktstoffen, die Eigenschaften änderten sich jedoch nicht signifikan

An investigation of the influence of selected factors on the properties of spruce wood

Thirty Norway spruce trees (Picea abies (L.) Karst.) from the forest district of the ETH Zurich were tested for bending MOR, static MOE of bending and dynamic MOE (calculated from eigenfrequency and sound velocity). The specimens were clear and were sampled from the whole of the stem. Their correlations to density, annual ring width, height in the tree, distribution over the stem diameter and the percentage of compression wood were statistically analysed. All three elasticity modules and the maximal stress can be very well predicted from a linear function of the sample density with a common gradient across the compression wood values but with different intercepts that decrease with increasing compression wood content. The other variables have highly significant impacts on the response variables too, however, this is largely irrelevant for the goodness of fit. Further, a clear increase of density, of MOE and of bending MOR was measured from pith to bark and similarly with decreasing annual ring width. Concerning the height of the stem, no distinct trend for the mechanical properties could be foun

Untersuchungen zum Einfluss der Holzfeuchte auf ausgewählte Eigenschaften von Spanplatten und MDF

Zusammenfassung: An industriell gefertigten Spanplatten und MDF wurde der Einfluss der Holzfeuchte auf den E-Modul bei Biegebelastung, die Biegefestigkeit sowie die Schubmoduln Gzx und Gzy ermittelt. Die Gleichgewichtsfeuchte und die differentielle Dickenquellung waren bei MDF niedriger als bei Spanplatten, was sich mit den Erkenntnissen bisheriger Arbeiten deckt. Ebenso sinken die Zugfestigkeit, der E-Modul, der Schubmodul und die Biegefestigkeit bei Erhöhung der Holzfeuchte. Die Poissonsche Konstante μ12 sinkt mit zunehmender Holzfeucht

Combined bound water and water vapour diffusion of Norway spruce and European beech in and between the principal anatomical directions

The combined bound water and water vapour diffusion of wood is of great interest in the field of building physics. Due to swelling stresses, the steady-state-determined diffusion coefficient clearly differs from the unsteady-state-determined diffusion coefficient. In this study, both diffusion coefficients and the water vapour resistance factor of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst.) and European beech (Fagus sylvatica L.) were investigated for the principal anatomical directions (radial, tangential and longitudinal) and in 15° steps between these directions. The values were determined with the cup method as the basic principle. The unsteady-state-determined diffusion coefficient is, independent of the direction, about half that of the steady-state-determined diffusion coefficient. Both diffusion coefficients are about two to three times higher for spruce than for beech. They are up to 12times higher in the longitudinal direction than perpendicular to the grain for spruce, and up to 15times higher for beech. With increasing moisture content, the diffusion coefficients exponentially increase. The water vapour resistance factor shows converse values to the diffusion coefficient