Mendelova univerzita v Brně. Lesnická a dřevařská fakulta. Ústav nauky o dřevě

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nauky o dřevě DIPLOMOVÁ PRÁCE Hygroexpanze dřeva jehličnanů 2010 Bc. Kamil Benc

2 2

3 Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Hygroexpanze dřeva jehličnanů zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny, ze kterých jsem čerpal. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. V Brně, dne Podpis studenta 3

4 Poděkování Můj dík patří především paní Ing. Evě Koňasové, Ph.D. a panu Ing. Jiřímu Zejdovi, Ph.D., za vedení, ochotu a trpělivost při řešení problémů a otázek týkajících se mé diplomové práce. Dále bych rád poděkoval panu Ing. Vladimíru Grycovi, Ph.D., za pomoc při práci v laboratoři. Poděkování patří také mým rodičům za možnost studia na této škole a jejich podporu. 4

5 Abstrakt Autor: Bc. Kamil Benc Název práce: Hygroexpanze dřeva jehličnanů. Cílem práce je zjistit případné rozdíly v bobtnání vybraných jehličnatých dřev. Experimentálně hodnoceny jsou mez nasycení buněčných stěn, celkové bobtnání, koeficient bobtnání a hustota dřeva. Experimentální data vycházejí ze standardních technických norem (ČSN , ČSN , ČSN , ČSN , ČSN , ČSN ). Dále jsou hodnoceny u mikroskopických vzorků tloušťky jarních a letních buněk. Naměřené hodnoty jsou porovnány s literárními daty a diskutován je vliv anatomické stavby a chemického složení na bobtnání. Klíčová slova bobtnání, vlhkost, hustota, dřevo, smrk ztepilý Picea abies L., borovice lesní Pinus sylvestris L. a modřín opadavý Larix decidua Mill. 5

6 Abstract Author: Bc. Kamil Benc Title: Hygroexpansion of evergreen wood species The aim of our work was to find differences in wood swelling among selected evergreen wood species. Moisture saturation point of wood cell wall, total swelling, coefficient of swelling, and the wood density were measured for the assessment swelling characteristics. These parameters reveal from The Czech Standard Technical Norms (ČSN , ČSN , ČSN , ČSN , ČSN , ČSN ). Microscopical screening of cell thickness by samples of spring and summer wood was carried out. The data recorded in our experiments were compared to the literature ones and the influence of anatomical structure and chemical composition of wood on swelling were discussed. Key words: swelling, moisture, density, wood, Norway spruce - Picea abies L., pine tree - Pinus sylvestris L., larch - Larix decidua Mill. 6

7 Obsah 1. Úvod Literární přehled Bobtnání dřeva Nasáklivost Mez nasycení buněčných stěn a mez hygroskopicity Rozměrové změny Transformace deformací vzniklých hydroexpanzí dřeva Borcení dřeva Faktory ovlivňující bobtnání a sesychání dřeva Smrk ztepilý (Picea abies Linné) Makroskopická stavba dřeva Mikroskopická stavba dřeva Chemická stavba dřeva Borovice lesní (Pinus silvestris Linné) Makroskopická stavba dřeva Mikroskopická stavba dřeva Chemická stavba dřeva Modřín opadavý (Larix decidua Mill) Makroskopická stavba dřeva Mikroskopická stavba dřeva Chemická stavba dřeva Cíl práce Materiál a metodika Příprava zkoušky Zkušební materiál Zařízení a pomůcky Postup zkoušky a stanovení výsledků zkoušky Určení hustoty standardních tělísek v absolutně suchém stavu Stanovení konvenční hustoty dřeva ρk a hustotu vlhkého dřeva ρw při vlhkosti po 7 dnech máčení Výpočet MNBS a wmax

8 4.2.4 Stanovení celkového bobtnání (αv, t, r, l) a výpočet koeficientu bobtnání (Kαv,t,r,l) Stanovení koeficientu diferenciálního bobtnání Kαdif Nalezení závislosti bobtnání na hustotě dřeva Tloušťka jarních a letních buněk dřeva Zpracování výsledků Výsledky Bobtnání dřeva naměřené a vypočtené hodnoty u smrku Bobtnání dřeva naměřené a vypočtené hodnoty u modřínu Bobtnání dřeva naměřené a vypočtené hodnoty u borovice Mikroskopické vzorky tloušťky buněk Tloušťka buněk letního dřeva po nabobtnání a vysušení Tloušťka buněk jarního dřeva po nabobtnání a vysušení Statistické vyhodnocení výsledků Hustota při nulové vlhkosti Konvenční hustota dřeva Mez nasycení buněčných stěn Celkové bobtnání Bobtnání ve směru tangenciálním Bobtnání ve směru radiálním Bobtnání ve směru podélném Koeficient celkového bobtnání Koeficient bobtnání ve směru tangenciálním Koeficient bobtnání ve směru radiálním Koeficient bobtnání ve směru podélném Koeficient diferenciálního bobtnání Závislost vlhkosti na hustotě dřeva po 7 dnech máčení Závislost MNBS na hustotě dřeva Závislost bobtnání na hustotě dřeva a závislost koeficientu bobtnání na hustotě dřeva u smrku Závislost bobtnání na hustotě dřeva a závislost koeficientu bobtnání na hustotě dřeva u modřínu

9 Závislost bobtnání na hustotě dřeva a závislost koeficientu bobtnání na hustotě dřeva u borovice Diskuze Mez nasycení buněčných stěn Závislost bobtnání na hustotě dřeva Závislost hustoty na vlhkosti dřeva Mikroskopické vzorky Závěr Summary Literatura Přílohy..79 9

10 1. Úvod Tato práce se zaměřuje na bobtnání dřeva, které patří mezi fyzikální vlastnosti dřeva. Dřevo je v nábytkářském průmyslu nejpoužívanější materiál, nejen díky jeho snadné dostupnosti, ale také díky tomu, že se jedná o obnovitelnou surovinu. Proto je dobré znát co nejlépe vlastnosti dřeva a jak se chová za určitých podmínek. Bobtnání dřeva je jednou z hlavních vlastností dřeva. Při bobtnání dřevo přijímá vlhkost z okolí a tím mění své rozměry ve všech směrech. Čím více dřevo pojme vlhkosti tím více se zhoršují mechanické vlastnosti dřeva. Dřevo bobtná jen do určitého bodu, který se nazývá mez nasycení buněčných stěn. Po dosažení tohoto bodu dřevo už nezvětšuje své rozměry, ale pouze zvyšuje svou hustotu. V této práci je porovnáváno bobtnání vybraných jehličnatých dřev (Smrk ztepilý Picea abies Linné, Borovice lesní Pinus sylvestris Linné a Modřín opadavý Larix decidua Mill). Porovnání se provádí jak u zkušebních tělísek tak i u mikroskopických vzorků. Hlavním úkolem bylo dosáhnout meze nasycení buněčných stěn a jejich teoretické určení výpočtem, aby bylo možno vypočítat celkové bobtnání a jejich koeficient. Naměřené výsledky byly porovnány s dostupnou odbornou literaturou. Práce je určena pro všechny, kteří mají zájem o fyzikální vlastnosti dřeva v problematice bobtnání dřeva. 10

11 2. Literární přehled 2.1 Bobtnání dřeva Bobtnání dřeva patří mezi fyzikální vlastnosti dřeva. Při bobtnání se zvětšují rozměry díky pohlcování vlhkosti z okolí. Voda se ukládá do buněčných stěn, vniká mezi mikrofibrily a tlačí je od sebe. Tím se zvětšují rozměry buněčných stěn a celého dřeva. Bobtnání dřeva probíhá jen do bodu nasycení vláken. Další příjímáním vody do buněčné dutiny dřevo už nemění své rozměry, ale pouze zvyšuje svou hmotnost. Dřevo nebobtná rovnoměrně, ale ze začátku je bobtnání rychlejší a s přibližováním vlhkosti k bodu nasycení vláken se rychlost přijímání vody a bobtnání zpomaluje. S přibýváním vlhkosti a bobtnáním se zhoršují mechanické vlastnosti dřeva (Křupalová 2000 a Horáček 2001). U bobtnání rozeznáváme Bobtnání lineární (napříč vláken ve směru radiálním, tangenciálním a podél vláken) a bobtnání objemové (změna objemu tělesa). Bobtnání dřeva od absolutně suchého stavu do meze nasycení buněčných stěn se označuje jako bobtnání dřeva (maximální). Bobtnání dřeva od absolutně suchého stavu do vlhkosti w (kdy w je < 30 %) se nazývá bobtnání částečné. Bobtnání α nazýváme schopnost dřeva zvětšovat svoje lineární rozměry, plochu, nebo objem při přijímání vázané vody v rozsahu vlhkosti 0 % - MH (MNBS). Maximální vlhkost dřeva se vypočítá podle vzorce. Bobtnání se vyjadřuje podílem změny rozměru k původní hodnotě a uvádí se nejčastěji v procentech. Maximální vlhkost dřeva se vypočítá podle vzorce: mw max m0 wmax = 100 m0 Kde: wmax maximální vlhkost dřeva mw max hmotnost absolutně vlhkého dřeva [kg] mo hmotnost absolutně suchého dřeva [kg] Bobtnání patří k negativním vlastnostem dřeva, pouze v některých případech má pozitivní vliv (např. při použití sudů, škopků, necek, dřevěného potrubí, ). Většinou však bobtnání a s ním související borcení dřeva způsobuje vážné těžkosti při zpracování a využívání dřeva. 11

12 Bobtnání má také anizotropní charakter. Podél vláken je bobtnání velmi malé a nepřesahuje 1 %, průměrná hodnota celkového podélného bobtnání se pro naše dřeva udává 0,1 % až 0,4 %. V příčném směru dřevo bobtná mnohem více, v radiálním směru 3 až 6 %, v tangenciální směru 6 až 12 %. Velikost bobtnání závisí především na hustotě dřeva. Celkové objemové bobtnání je dáno součtem bobtnání podélného, radiálního a tangenciálního (Horáček a kol. 2001). Bobtnání α v jednotlivých anatomických směrech se často v literaturách vyjadřuje poměrem: αt : αr : αl = 20 : 10 : 1 Poměr bobtnání v příčném směru, radiálním a tangenciálním diferenciální bobtnání. se nazývá Hodnota diferenciálního bobtnání závisí na hustotě dřeva, s rostoucí hustotou se snižuje. Proto mají jehličnaté dřeviny celkově vyšší hustotu αdif než listnaté dřeviny (obr. 2.1). Průměrná hodnota se udává kolem 2, běžně se však pohybuje v intervalu od 1 do 3,5. Obr. 2.1 Závislost bobtnání dřeva (Fagus sp.) na vlhkost: 1 podélné, 2 radiální, 3 tangenciální, 4 objemové bobtnání. Šrafovaná plocha představuje interval meze nesycení buněčných stěn (Kollmann, Kollmann Cote 1968). 12

13 Tab. 2.1 Koeficienty bobtnání u vybraných druhů dřev (Ugolev 1975). druh dřeva MD BO SM BR BK JS DB OS 2.2 koeficient bobtnání [%/1%w] objemového radiálního Kα Kα 0,61 0,2 0,51 0,18 0,5 0,17 0,64 0,28 0,55 0,18 0,52 0,19 0,5 0,19 0,47 0,15 tangenciálního Kα 0,39 0,31 0,31 0,34 0,35 0,31 0,29 0,3 Nasáklivost Nasáklivost dřeva je schopnost dřeva díky pórovité stavbě nasávat vodu ve formě kapaliny. Dřevo je považováno za maximálně nasáklé vodou (má maximální vlhkost) tehdy, je-li plně nasyceno vodou vázanou a obsahuje-li maximální množství vody volné. Množství volné vody je závislé především na objemu pórů ve dřevě, který je nepřímo úměrný hustotě dřeva. 1 1 wmax = MNBS = ρ0 ρs Kde: 1 1 ρk ρs wmax maximální vlhkost dřeva MNBS mez nasycení buněčných stěn ρk konvekční hustota dřeva [kg/m3] ρo hustota absolutně suchého dřeva [kg/m3] ρs hustota dřevní substance [kg/m3] 13

14 K plnému nasycení dřeva vodou dojde za poměrně dlouhou dobu (dny až týdny). Rychlost nasáklivosti závisí na druhu dřeviny, počáteční vlhkosti, teplotě, tvaru a na rozměrech sortimentu. Nasáklivost jádra ve dřevě je menší než v bělové části. Se zvyšující se hustotou dřeva se nasáklivost zmenšuje. Zvýšením teploty se nasáklivost dřeva urychluje (Horáček 2001 a Křupalová 2000). Tab. 2.2 Maximální vlhkost vybraných dřev (Ugolev 1975). Druh dřeva wmax Druh dřeva wmax modřín borovice smrk jedle limba habr dub bříza osika topol Mez nasycení buněčných stěn a mez hygroskopicity Hranici mezi vodou vázanou a volnou stanovujeme na základě určení meze nasycení buněčných stěn (MNBS) nebo meze hygroskopicity (MH). Původní definice MNBS definuje tuto charakteristiku jako stav buňky, při kterém je buněčná stěna plně nasycená vodou a lumen přitom neobsahuje žádnou vodu v kapalném skupenství. Prakticky je možno MNBS charakterizovat jako maximální vlhkost buněčných stěn u dřeva, které bylo dlouhodobě uloženo ve vodě. Teplota nemá na tuto veličinu prakticky žádný vliv. Vlhkost při MNBS se u naších dřev pohybuje v rozmezí 22 až 35 % (průměr 30 %) a závisí zejména na druhu dřeviny, tj. anatomické a chemické stavbě dřeva. Vzhledem k obtížnosti určení MNBS je vhodnější používat pro odlišení vody vázané od volné jinou charakteristiku, a to MH. MH je takovou rovnovážnou vlhkostí, kterou dosáhne dřevo dlouhodobě vystavené prostředí (vzduchu), jehož relativní vlhkost je blízká nasycení (ϕ = 0,995 nebo 99,5 %). Rozdíl mezi MNBS a MH tedy spočívá zejména v prostředí, ve kterém je dřevo uloženo. U MNBS je to voda ve skupenství kapalném, u MH je to voda ve skupenství plynném. Při teplotě kolem 15 až 20 C mají obě veličiny přibližně stejnou hodnotu, průměrně kolem 30 %, ale na rozdíl od MNBS je MH závisí na teplotě prostředí a s rostoucí teplotou klesá (Horáček 2001). Hodnoty MH u některých našich druhů dřev jsou uvedeny v tab

15 Tab. 2.3 Mez hygroskopicity u různých druhů dřevin (Trendelenburg a Mayer Wegelina 1955 upraveno Matovičem 1993). MH (%) Druh dřeva Jádrové dřevo jehličnanů s vysokým obsahem pryskyřice: BO, MD, DG, VJ, limba Jádrové dřevo listnáčů s kruhovitě a polokruhovitě pórovitou stavbou dřeva: AK, KS, DB, JS, OR, TR Jádrové dřevo jehličnanů s nižším obsahem pryskyřice: BO, MD, DG Jehličnatá dřeva s bělí a vyzrálým dřevem: SM, JD Bělové dřevo jehličnatých dřevin s výrazným jádrem: VJ, BO, MD a více Listnatá dřeva s roztroušeně pórovitou stavbou: LP, VR, TP, OL, BR, BK, HB Bělové dřevo listnáčů s kruhovitě a polokruhovitě pórovitou stavbou: AK, KS, DB, JS, OR, TR 2.4 Rozměrové změny Mění-li se vlhkost dřeva v rozsahu vody vázané, dřevo podléhá rozměrovým změnám. Velký vliv na velikost bobtnání má orientace fibril v buněčné stěně. Vzhledem k tomu, že největší podíl z buněčné stěny připadá na S2 vrstvu sekundární buněčné stěny (až 90 %), kde se orientace fibril příliš neodklání od podélné osy (15-30 ), dochází k maximálnímu sesýchání a bobtnání napříč vláken. Sesýchání a bobtnání v podélném směru podmíněné sklonem fibril je nepatrné. Malé rozměrové změny v podélném směru se vysvětlují tím, že molekuly vody nemohou vnikat mezi fibrily do valen ního řetězce v podélném spojení, takže nenastává jejich rozestupování v tomto směru (Horáček 2001). 2.5 Transformace deformací vzniklých hygroexpanzí dřeva Použití koeficientů bobtnání pro výpočet rozměrových a objemových změn spojených se změnou vlhkosti je omezeno pouze na ty případy, kdy se jedná o speciálně ortotropní tělesa. V těchto speciálních případech v příčné rovině souhlasí orientace hranice letokruhu s jednou z geometrických stěn tělesa a souřadné osy tělesa (podélná, radiální a tangenciální) lze zvolit vždy tak, aby smyková deformace v rovinách byla 15

16 nulová a stav deformace tvořily pouze 3 normálové složky. Takové osy potom nazýváme hlavní osy deformace a odpovídající roviny jako hlavní roviny deformace. Existuje-li v tělese odklon letokruhů nebo buněk od geometrických os tělesa, hovoříme potom o obecných osách a rovinách deformace, do kterých je nutné známé koeficienty bobtnání a sesýchání transformovat. Obecně určuje stav deformovatelnosti tělesa 9 složek deformací 3 normálové a 6 smykových. Složky deformací mají fyzikální význam normálové složky vyjadřují relativní zkrácení nebo prodloužení tělesa ve směru normály k ploše, smykové složky vyjadřují pootočení rovin vůči původní souřadné soustavě a zkosení úhlu mezi rovinami (Horáček 2001). 2.6 Borcení dřeva Při sesýchání nebo bobtnání dřeva dochází ke změnám tvaru sortimentu. Tento jev se nazývá borcení dřeva a vzniká v důsledku anizotropního charakteru hygroexpanze dřeva. Borcení dřeva se může vyskytovat v příčném nebo podélném směru sortimentů. Příčné borcení je vyvoláno rozdílným radiálním a tangenciálním sesýcháním uvažovaného sortimentu a je tím větší, čím větší je jeho vzdálenost od dřeně k obvodu kmene. Různé části desky se neseschnou stejným způsobem, protože hlavní a obecné osy tělesa (desky) se neztotožňují a dochází k uplatnění transformací. Výsledkem je žlábkovité prohnutí, způsobené rozdílným radiálním a tangenciálním sesýcháním. Podélné borcení sortimentů vzniká nerovnoměrným podélným sesýcháním dřeva, které způsobí prohnutí nebo stočení řeziva. Prohnutí sortimentu je vyvoláno rozdíly v podélném seschnutí mezi zónou bělového a jádrového dřeva. Stočení je vyvoláno točitostí kmene, které vzniká v důsledku točivého průběhu vláken v kmeni. Borcení je vážným nedostatkem dřeva, které ztěžuje jeho opracování, použití na konstrukce a výrobky ze dřeva v prostředí, kde se často mění vlhkost vzduchu a teplota (Horáček 2001). 16

17 2.7 Faktory ovlivňující bobtnání a sesychání dřeva Rozměrové změny způsobené změnami vlhkosti v rozsahu vody vázané jsou ovlivňovány zejména vlhkostí, hustotou a anatomickou stavbou dřeva. Vlhkost dřeva ovlivňuje rozměrové změny nejvíce svým rozložením v průřezu tělesa, kdy nerovnoměrné rozložení způsobuje při sesýchání dřeva vznik vlhkostních a zbytkových napětí. Tato napětí v důsledku hygroelastického efektu mohou pozměnit výsledné rozměrové změny. Za další vliv je možno považovat nelineární závislost koeficientu α a β na vlhkosti dřeva v intervalu 0 až 5 % a 20 % až MH. Průběh závislosti odpovídá zhruba tvaru sorpční izotermy a může být tedy vysvětlován stejně jako teorie sorpce. Mezi α, β a hustotou dřeva je přímo úměrná závislost. Ovlivnění α a β hustotou dřeva souvisí s větším zastoupením chemických konstituent v jednotkovém objemu hustšího dřeva, tedy s vyšším počtem potenciálních sorpčních míst v tlustších buněčných stěnách elementů dřeva. Vzhledem k neměnnosti rozměru lumenu během hygroexpanze dřeva se vyšší hustota promítá do výraznějších rozměrových a objemových změn. S rostoucí hustotou dřeva dochází také k výraznému modifikování tvaru anatomických elementů a zmenšování rozdílů v radiálním a tangenciálním směru, což způsobuje snížení anizotropie rozměrových změn s nárůstem hustoty dřeva zmenšení koeficientu diferenciálního bobtnání a sesýchání. Struktura dřeva na všech úrovních submikroskopické, mikroskopické a makroskopické je základní důvodem pro anizotropní charakter rozměrových změn. Na submikroskopické úrovni je rozhodující stavba buněčné stěny a orientace fibrilární struktury v jednotlivých vrstvách. Například s rostoucím odklonem fibril v S2 vrstvě vzrůstá podélné bobtnání a sesýchání, což se projeví v podélném borcení dřeva. U jehličnatého dřeva způsobují velké ztenčeniny buněčné stěny (25 µm) umístěné převážně na radiálních stěnách buňky odklon fibril v S2 vrstvě až na 30, což se projeví v diferenciálních změnách v radiálním a tangenciálním směru. Na mikroskopické úrovni jsou důležité tloušťky buněčné stěny v radiálním a tangenciálním směru (u tracheid je radiální buněčná stěna zpravidla tlustší) a přítomnost dřeňových paprsků. Převážná orientace fibril ve stěnách parenchymatických buněk dřeňových paprsků je v ose buňky v radiálním směru a toto uložení způsobuje restrikci hygroexpanze dřeva v radiálním směru (Horáček 2001). 17

18 2.8 Smrk ztepilý (Picea abies Linné) Kmen je přímý 50 až 60 m vysoký, kuželovitá koruna. Jehlice čtyřhranného průřezu, ze všech stran lesklé zelené, uspořádané v řadách. Šišky visí dolů, opadají celé. Kůra v mládí hnědá, později červenohnědá, ve starším věku červeno a šedohnědá šupinatě odlupčivá borka (Křupalová 2000). Smrkové dřevo patří mezi naše nejvýznamnější a nejdůležitější užitkové dřevo. Používá se jako stavební a konstrukční dřevo pro nadzemní i podzemní stavby (stožáry, sloupy, střešní a mostní konstrukce, lešení, podlahoviny a důlní dříví), v nábytkářství (dýhovaný nábytek, masivní nábytek), velkoplošné materiály (překližky, aglomerované laťovky, biodesky), materiály (dřevotřískové, dřevovláknité materiály). Dobře rostlé smrky Obr. 2.2 Smrk ztepilý (Picea abies Linné). bez vad s rezonančním dřevem se používají na výrobu hudebních nástrojů (Šlezingerová 2002) Makroskopická stavba dřeva Smrk patří mezi jehličnaté dřevo. Jedná se o bělové dřevo s nevylišeným jádrem. Barva dřeva je žlutobílá až světle žlutohnědá. Přechod mezi jarními a letními letokruhy je pozvolný. Dřevo obsahuje pryskyřičné kanálky viditelné na radiálním a tangenciálním řezu, dobře se opracovává, suší a hůře se impregnuje. Hustota dřeva při nulové vlhkosti dřeva se pohybuje kolem 420 kg/m3 a tvrdost dřeva se pohybuje kolem 26 MPa (Šlezingerová 2002). 18

19 Obr. 2.3 Makroskopie dřeva smrku: P příčný řez, T tangenciální řez a R radiální řez (Vavrčík a kol. 2002). P T R Tab. 2.4 Tabulka vybraných fyzikálních vlastností pro smrk (Wagenführ 2000). Fyzikální vlastnosti Objemová hmotnost dřeva při nulové vlhkosti (ρ0) Objemová hmotnost dřeva při 12 % vlhkosti (ρ12) Objemová hmotnost dřeva v pokáceném stavu (ρw) Bobtnání délkové (αl) Bobtnání radiální (αr) Bobtnání tangenciální (αt) Bobtnání objemové (αv) Hodnoty kg/m kg/m kg/m3 0,3 % 3,5 3,7 % 7,8 8,0 % 11,6 12,0 % Mikroskopická stavba dřeva Dřevo jehličnanů je složeno z malého počtu druhů buněk, má proto jednoduchou a pravidelnou stavbu. Vodivou a mechanickou funkci vykonávají tracheidy, zásobní funkci parenchymatické buňky (Křupalová 2000). Obr. 2.4 Mikroskopie dřeva smrku: P příčný řez, T tangenciální řez a R radiální řez (Vavrčík a kol. 2002). P T R 19

20 Tab. 2.5 Tabulka vybraných mikroskopických znaků pro smrk (Šlezingerová 2002). Diagnostický znak Hodnota Viditelnost na řezech Ostrost přechodu mezi jarním dřevem a letním dřevem. pozvolný P Pryskyřičné kanálky přítomny P, T Výskyt podélného dřevního parenchymu chybí nebo velmi ojediněle P, T Stavba a počet epitelových buněk pryskyřičných kanálků tlustostěnné, menší 8 12 P, T Typ dřeňového paprsku heterocelulární R Stavba buněčných stěn příčných tracheid hladké zvlnění R Typ a počet teček v křížovém poli piceoidní (2 4 6) R Rozmístění dvojteček na stěnách tracheid obvykle jednořadé R Počet parenchymatických buněk na výšku dřeňového paprsku (25) T Ztluštěniny buněčných stěn tracheid chybí R, T Zvláštní znaky zřídka krystaly v parenchymatických buňkách dřeňového paprsku R Chemická stavba dřeva Po chemické stránce se dřevo skládá z organických látek celulózy, hemicelulózy a ligninu. Kromě těchto organických (spalitelných) látek jsou ve dřevě přítomny i látky anorganické minerální, z nichž po spálení vzniká popel. Celulóza. Je to základní stavební látka buněčné stěny. Je velmi stálá nerozpustná ve vodě, ethanolu, zředěných kyselinách a alkáliích. Je možno ji rozložit jen silnými anorganickými kyselinami a hydroxidy až na glukózu. Hemicelulóza. Druhou hlavní složkou je hemicelulóza, která chemicky patří rovněž polysacharidům. Dělí se na pentosany a hexosany. Chemicky jsou málo stálé, jejich složení a vlastnosti nejsou složitější než u celulózy. Lignin. Chemicky představuje složitou aromatickou sloučeninu. Je částečně vázán na celulózu a hemicelulózy a jeho uvolnění působí při zpracování dřeva na celulózu značné potíže. 20

21 Třísloviny. Vyskytují se ve dřevě, kůře, plodech a listech většiny stromů. Vyznačují se intenzivní trpkou příchutí a vůní. Jsou rozpustné v etanolu a ve vodě. Na čerstvých řezech stromem se rychle okysličují a zbarvují tmavě.). Pryskyřice. Jsou to těkavé sloučeniny různého složení. Tvoří se ve stromě jako vedlejší produkt asimilace. Vysoký obsah pryskyřičných látek způsobuje lepivost, znečištění nástrojů při obrábění, vytékání z hotových výrobků, značně však zvyšuje odolnost a trvanlivost dřeva (Křupalová 2000). Tab. 2.6 Tabulka vybraných chemických složek obsažených ve dřevě smrku (Wagenführ 2000). Chemické složení Celulóza Lignin Éterické složky Pentozany Popel ph Hodnoty 38,1 46,0 % % 0,6 1,0 % 6,8 12,0 % 0,3 0,8 % 4,0 12,0 % 21

22 2.9 Borovice lesní (Pinus silvestris Linné) Kmen je přímý válcovitý vysoký 30 až 45 m, vysoko nasazená koruna v mládí kuželovitá, ve stáří nepravidelná. Jehlice po 2 ve svazku, ostré tmavě až šedozelené, dlouhé 4 až 5 cm. Šišky vejčité, krátké. Kůra v mládí hnědavá, hladká, velmi brzy tlustá šedohnědá borka, destičkově rozpraskaná (Křupalová 2000). Dřevo borovice má široké uplatnění. Používá se jako stavební a konstrukční materiál, na venkovní i vodní stavby (mostní konstrukce), v nábytkářství, truhlářství (okna, dveře, podlahy, vnitřní i venkovní obklady). Z pryskyřice se vyrábí terpentýn (Šlezingerová 2002). Obr. 2.5 Borovice lesní (Pinus silvestris Linné) Makroskopická stavba dřeva Borovice patří mezi jehličnaté dřevo. Jedná se jádrovou dřevinu s vylišeným jádrem. Běl je široká nad 5 cm, zbarvená nažloutle až narůžověle. Jádro je zpočátku u čerstvě pokáceného dříví světlehnědé, později na vzduchu tmavne a je až červenohnědé. Borovice má ostrý přechod mezi jarním a letním dřevem. Obsahuje pryskyřičné kanálky viditelné na všech řezech. Jádrové dřevo oproti běli (náchylné na zamodrání) je trvanlivé a odolné. Dobře se suší, opracovává (pryskyřice zhoršuje opracovatelnost povrchu), běl se lépe impregnuje než jádro. Hustota dřeva při nulové vlhkosti dřeva se pohybuje kolem 550 kg/m3 a tvrdost dřeva se pohybuje kolem 28,5 MPa (Šlezingerová 2002). 22

23 Obr. 2.6 Makroskopie dřeva borovice: P příčný řez, T tangenciální řez a R radiální řez (Vavrčík a kol. 2002). P T R Tab. 2.7 Tabulka vybraných fyzikálních vlastností pro borovici (Wagenführ 2000). Fyzikální vlastnosti Objemová hmotnost dřeva při nulové vlhkosti (ρ0) Objemová hmotnost dřeva při 12 % vlhkosti (ρ12) Objemová hmotnost dřeva v pokáceném stavu (ρw) Bobtnání délkové (αl) Bobtnání radiální (αr) Bobtnání tangenciální (αt) Bobtnání objemové (αv) Hodnoty kg/m kg/m kg/m3 0,2 0,4 % 3,3 4,5 % 7,5 8,7 % 11,2 12,4 % Mikroskopická stavba dřeva Dřevo jehličnanů je složeno z malého počtu druhů buněk, má proto jednoduchou a pravidelnou stavbu. Vodivou a mechanickou funkci vykonávají tracheidy, zásobní funkci parenchymatické buňky (Křupalová 2000). Obr. 2.7 Mikroskopie dřeva borovice: P příčný řez, T tangenciální řez a R radiální řez (Vavrčík a kol. 2002). P T R 23

24 Tab. 2.8 Tabulka vybraných mikroskopických znaků pro borovici (Šlezingerová 2002). Diagnostický znak Hodnota Viditelnost na řezech Ostrost přechodu mezi jarním dřevem a letním dřevem ostrý P Pryskyřičné kanálky přítomny P, T Výskyt podélného dřevního parenchymu chybí P, T Stavba a počet epitelových buněk pryskyřičných kanálků tenkostěnné, velké 4 5 P, T Typ dřeňového paprsku heterocelulární R Stavba buněčných stěn příčných tracheid zubatě ztloustlé R Typ a počet teček v křížovém poli oknový (1 2) R Rozmístění dvojteček na stěnách tracheid obvykle jednořadé R Počet parenchymatických buněk na výšku dřeňového paprsku 8 15 T Ztluštěniny buněčných stěn tracheid Zvláštní znaky chybí R, T Chemická stavba dřeva Tab. 2.9 Tabulka vybraných chemických složek obsažených ve dřevě borovice (Wagenführ 2000). Chemické složení Celulóza Lignin Éterické složky Pentozany Popel ph Hodnoty 41,9 52,2 % 26,3 31,4 % 1,6 5,9 % 8,2 13,4 % 0,2 0,5 % 4,3 5,1 % 24

25 2.10 Modřín opadavý (Larix decidua Mill) Výška kmene je 30 až 40 m, roste rychle. Koruna v mládí úzká, kuželovitá, ve stáří vejčitá, vysoko nasazená. Jehlice dlouhé 15 až 30 mm, ve svazcích po 25 ks, měkké, světlezelené, padávající. Šišky malé 12 až 35 mm, vejčité. Kůra v mládí hladká, žlutohnědá, po 10 roku se mění ve slabě rozpraskanou borku, ve stáří tlustou silně rozpraskanou (Křupalová 2000). Modřínové dřevo patří mezi jedno z našich nejkvalitnějších dřev. Používá se na vodní stavby, stavby lodí, ve stavebním a nábytkovém truhlářství (okna, dveře, podlahy, vnitřní i venkovní obklady, zahradní nábytek) v chemickém průmyslu (Šlezingerová 2002). Obr. 2.8 Modřín opadavý (Larix decidua Mill) Makroskopická stavba dřeva Modřín patří mezi jehličnaté dřevo. Jedná se o jádrovou dřevinu s vylišeným jádrem. Běl je úzká nažloutlá, jádro je červenohnědé až červenofialové, na vzduchu tmavne. Modřín má velmi ostrý přechod mezi jarním a letním dřevem. Obsahuje pryskyřičné kanálky viditelné na všech řezech. Dřevo je trvanlivé a odolné. Dobře se suší (málo se bortí a sesychá) a opracovává, hůře se impregnuje. Hustota dřeva při nulové vlhkosti dřeva se pohybuje kolem 560 kg/m 3 a tvrdost dřeva se pohybuje kolem 43,5 MPa (Šlezingerová 2002). 25

26 Obr. 2.9 Makroskopie dřeva borovice: P příčný řez, T tangenciální řez a R radiální řez (Vavrčík a kol. 2002). P T R Tab Tabulka vybraných fyzikálních vlastností pro modřín (Wagenführ 2000). Fyzikální vlastnosti Objemová hmotnost dřeva při nulové vlhkosti (ρ0) Objemová hmotnost dřeva při 12 % vlhkosti (ρ12) Objemová hmotnost dřeva v pokáceném stavu (ρw) Bobtnání délkové (αl) Bobtnání radiální (αr) Bobtnání tangenciální (αt) Bobtnání objemové (αv) Hodnoty kg/m kg/m kg/m3 0,3 % 3,3 4,3 % 7,8 10,4 % 11,4 15,0 % Mikroskopická stavba dřeva Dřevo jehličnanů je složeno z malého počtu druhů buněk, má proto jednoduchou a pravidelnou stavbu. Vodivou a mechanickou funkci vykonávají tracheidy, zásobní funkci parenchymatické buňky (Křupalová 2000). Obr Mikroskopie dřeva borovice: P příčný řez, T tangenciální řez a R radiální řez (Vavrčík a kol. 2002). P T R 26

27 Tab Tabulka vybraných mikroskopických znaků pro modřín (Šlezingerová 2002). Hodnota Viditelnost na řezech velmi ostrý P P, T Stavba a počet epitelových buněk pryskyřičných kanálků Typ dřeňového paprsku přítomny chybí nebo velmi ojediněle tlustostěnné, menší (8 12) heterocelulární Stavba buněčných stěn příčných tracheid tenké hladké zvlnění R Typ a počet teček v křížovém poli piceoidní (2 6) R Rozmístění dvojteček na stěnách tracheid častý výskyt párových R Počet parenchymatických buněk na výšku dřeňového paprsku (25) T Diagnostický znak Ostrost přechodu mezi jarním dřevem a letním dřevem Pryskyřičné kanálky Výskyt podélného dřevního parenchymu Ztluštěniny buněčných stěn tracheid Zvláštní znaky Sainovy valy mezi dvojtečkami P, T P, T R R, T Chemická stavba dřeva Tab Tabulka vybraných chemických složek obsažených ve dřevě modřínu (Wagenführ 2000). Chemické složení Celulóza Lignin Éterické složky Pentozany Popel ph Hodnoty 43,9 50,0 % 24,8 30,0 % 0,4 1,3 % 7,4 10,8 % 0,2 0,3 % 4,2 5,4 % 27

28 3. Cíl práce Cílem práce je zjistit případné rozdíly v bobtnání vybraných jehličnatých dřev. K tomuto pokusu byly vybrány tři dřeviny a to smrk ztepilý (Picea abies L.), borovice lesní (Pinus sylvestris L.) a modřín opadavý (Larix decidua Mill.). Hlavním úkolem je dosáhnout MNBS a jejich teoretické určení výpočtem. Pak je možné vypočítat celkové bobtnání a bobtnání v jednotlivých geometrických směrech. Dále se určí konvenční hustota těchto zkušebních tělísek. Pro ještě přesnější výpočet budou některé naměřené hodnoty transformovány do anatomických směrů. Zkušební tělíska se nejprve vysuší na nulovou vlhkost a pak se nechají 7 dní ponořeny ve vodě, aby byla jistota, že dosáhnou MNBS. Měření bude doplněno hodnocením tloušťky jarních a letních buněk u mikroskopických preparátů. Všechny tyto hodnoty budou dány do přehledných tabulek a grafů. 28

29 4. Materiál a metodika Při zkoušce je možné vycházet z ČSN Metoda zjišťování nasákavosti a navlhavosti, z ČSN Skúšky vlastností rostlého dřeva. Metoda zisťovania napúčavosti, z ČSN Dřevo zjišťování hustoty při fyzikálních a mechanických zkouškách, z ČSN Dřevo zjišťování vlhkosti při fyzikálních a mechanických zkouškách, z ČSN Metoda zjišťování vlhkosti, z ČSN Metoda zjišťování hustoty a z normy ČSN Metoda zjišťování nasáklivosti Příprava zkoušky Zkušební materiál Pro danou zkoušku se zvolily tři dřeviny, a to smrk, borovice a modřín. Vzorky neobsahovaly žádnou dřeň, trhliny, suky nebo jiné viditelné vady. Použitá tělíska měla rozměry 30 x 20 x 20 mm ( + 0,5 mm). Všechna tělíska měla plochy vzájemně kolmé a řádně opracované. Pro zkoušku se zvolilo 120 ks. smrkových zkušebních tělísek, 120 ks. borovicových zkušebních tělísek a 120 ks. modřínových zkušebních tělísek. Z daných zkušebních tělísek se odebralo od každé dřeviny po jednom zkušebním tělísku. Tyto tělíska se pak opracovala na rozměry 15 x 7 x 7 mm ( + 0,5 mm), které se použily k výrobě mikroskopických preparátů Zařízení a pomůcky Elektronická váha Scaltec s přesností na g Elektronické posuvné měřidlo s přesností na mm Světelný mikroskop LEICA DM 2500 M objektiv 5x a 50x Mikroton LEICA SM 2000 R Sušárna Sanyo zařízené nastaveno na teplotu C Nádoby s vodou pro nabobtnání tělísek 29

30 Postup zkoušky a stanovení výsledků zkoušky Určení hustoty standardních tělísek v absolutně suchém stavu Vzorky smrku, borovice a modřínu se musely před bobtnání vysušit na nulovou vlhkost. Vzorky se po vysušení zvážily na laboratorní váze s přesností na g a také se změřily pomocí digitálního kovového posuvného měřidla s přesností na mm. U vzorků se vypočítala hustota podle vzorce: m0 V0 ρ0 = Kde: ρo hustota absolutně suchého dřeva [kg/m3] mo hmotnost absolutně suchého dřeva [kg] Vo objem absolutně suchého dřeva [m3] Stanovení konvenční hustoty dřeva ρk a hustoty vlhkého dřeva ρw při vlhkosti po 7 dnech máčení Vzorky smrku, borovice a modřínu se nechaly 7 dní ponořeny ve vodě. Po 7 dnech máčení se vzorky vyndaly a na laboratorní váze se zvážila hmotnost s přesností na g. Také se změřily rozměry digitálním kovovým posuvným měřidlem s přesností mm. Současný objem vzorků bylo možno s vysokou pravděpodobností považovat za maximální, neboť vzorky jistě dosáhly vlhkosti meze nasycení buněčných stěn i meze hygroskopicity. Za touto hranicí byl považován objem vzorku za konstantní a maximální. U vzorku se vypočítala konvenční hustota a hustota vlhkého dřeva podle vzorce: konvenční hustota dřeva ρk = Kde: m0 Vmax ρk konvenční hustota dřeva [kg/m3] mo hmotnost absolutně suchého dřeva [kg] Vmax Maximální objem dřeva [m3] 30

31 hustota vlhkého dřeva ρw= Kde: mw Vw ρw hustota vlhkého dřeva [kg/m3] mw hmotnost vlhkého dřeva [kg] Vw Objem vlhkého dřeva [m3] Výpočet MNBS a wmax Mez hygroskopicity (MH) neboli mez nasycení buněčných stěn (MNBS) se vypočítala podle vzorce: 1 1 MNBS = f ( ρ ) = ρ H 2O ρ K ρ0 Kde: MNBS mez nasycení buněčných stěn ρk konvenční hustota dřeva [kg/m3] ρo hustota absolutně suchého dřeva [kg/m3] ρh2o hustota vody [kg/m3] Při hustotě vody byla použita hodnota ρh2o = 1000 kg/m3. Maximální vlhkost dřeva se vypočítala podle vzorce: w= Kde: mw m0 100 m0 w maximální bobtnání dřeva mw hmotnost absolutně vlhkého dřeva [kg] mo hmotnost absolutně suchého dřeva [kg] 31

32 4.2.4 Stanovení celkového bobtnání (αv, t, r, l) a výpočet koeficientu bobtnání (Kαv,t,r,l) Při výpočtu bobtnání αi a koeficientu Kαi u tělísek se muselo nejprve na příčném řezu zjistit odklon vláken. Pokud je odklon menší než 10, počítalo se podle vzorce: α imax = Kde: imax i0 100 i0 imax hodnoty 7 dní ve vodě ponořeného tělíska V, R, T, L [m3, m, m, m] io hodnoty absolutně suchého tělíska V, R, T, L [m3, m, m, m] Koeficient bobtnání se počítalo podle vzorce: Kα i = Kde: αi max MNBS αimax částečné bobtnání MNBS mez nasycení buněčných stěn Pokud je odklon vláken větší než 10 musí se u zkušebních tělísek provést transformace deformací vzniklých hygroexpanzí dřeva. Obr. 4.1 Transformace bobtnání a sesychání. 32

33 Takto zjištěné hodnoty by měly přibližně odpovídat hodnotám vypočteným ze vztahu: α Vmax = MNBS ρ α Tmax = 2 MNBS ρ 0 3 α 1 MNBS ρ 0 3 Rmax = Stanovení koeficientu diferenciálního bobtnání Kαdif Poměr bobtnání v příčných směrech, radiálním a tangenciálním, se nazývá diferenciální bobtnání. Hodnota diferenciálního bobtnání dřeva závisí na hustotě dřeva. Počítalo se podle vzorce: Kα Kde: dif = αt αr αt bobtnání ve směru tangenciálním αr bobtnání ve směru radiálním Nalezení závislosti bobtnání na hustotě dřeva Hodnoty zjištěné v bodě (4.2.4) se uspořádají do tabulky a vynesou se do grafu Tloušťka jarních a letních buněk dřeva Vzorky se upravily na mikrotomu, kde se zahladila plocha do roviny. Dále se takto upravené vzorky vložily do světelného mikroskopu, kde se vytvořily snímky, které se uložily do počítače pro další zpracování. Struktura dřeva byla zvětšena 50x. Tloušťka buněk se zjišťovala pomocí počítačového programu ImageJ

34 4.3 Zpracování výsledků Naměřené a vypočtené hodnoty byly zpracovány do tabulek, závislostí a příloh. U všech skupin těles bude určen aritmetický průměr (arit. prům.), směrodatná odchylka (směr. odch.), minimální hodnota (min.), maximální hodnota (max.) a variační koeficient (var. koef.). Statistika: - aritmetický průměr - směrodatná odchylka - minimum - maximum - variační koeficient - test normality - transformace Aritmetický průměr se vypočítá podle vzorce: 1 n x = xi n i= 1 Směrodatná odchylka se vypočítá podle vzorce: s= ( ) 2 1 n xi x n 1 i= 1 Variační koeficient se vypočítá podle vzorce: V% = S 100 x 34

35 5. Výsledky V následující kapitole jsou uvedeny naměřené a vypočtené hodnoty smrkového, modřínového a borovicového dřeva při bobtnání. 5.1 Bobtnání dřeva naměřené a vypočtené hodnoty u smrku V tab. 5.1 jsou obsaženy vypočtené hodnoty z naměřených dat zkušebních tělísek vysušeny na nulovou vlhkost dřeva. Tělíska byla vysoušena při teplotě C. Tab. 5.2 obsahuje vypočtené hodnoty zkušebních tělísek po nabobtnání. Zkušební tělíska se nechala ponořena ve vodě 7 dní, aby dřevo co nejvíce nabobtnalo a dosáhlo MNBS. V poslední tab. 5.3 jsou uvedeny vypočtené hodnoty zkušebních tělísek nejen celkového bobtnání, ale i ve všech směrech. Dále k těmto stanoveným hodnotám se stanovily jejich koeficienty bobtnání. Při měření bylo použito 119 smrkových zkušebních tělísek. Obr. 5.1 Smrková zkušební tělíska po vysušení na nulovou vlhkost. Obr. 5.2 Smrková zkušební tělíska po 7 dnech máčení. 35

36 Tab. 5.1 Tabulka z měření tělísek v absolutně suchém stavu smrk. rozměry šířka R šířka T délka L mo [kg] Vo [m3] ρo [Kg/m3] Arit. prům. 19,82 19,61 30,24 0, ,36 Směr. odch. 0,09 0,10 0,10 0, , ,48 Min. 19,57 19,37 30,08 0, ,37 Max. 19,98 19,96 30,53 0, , ,30 Var. koef. 0,44 0,49 0,33 7,73 0,79 7,59 Tab. 5.2 Tabulka údajů z měření tělísek po 7 dnech máčení smrk. rozměry šířka R šířka T délka L Arit. prům. Směr. odch. Min. Max. Var. koef. mw [kg] Vw [m3] ρw [Kg/m3] ρk [kg/m3] w MNB S 20,78 21,32 30, , ,21 407,53 83,44 31,78 0,21 0,12 0, , ,76 33,26 7,96 6,63 20,38 20,96 30,22 0, , ,78 354,55 69,14 21,14 21,98 21,89 30, , ,11 466,75 102,23 51,40 1,01 1,20 0,38 4,87 2,09 4,66 8,16 9,54 20,88 Tab. 5.3 Tabulka stanovení celkového bobtnání a výpočet koeficientu bobtnání smrk. αv αt αr αl KαV KαT KαR KαL Kdif [%/1%] [%/1%] [%/1%] [%/1%] [%/1%] Arit. prům. 14,76 8,74 4,86 0,64 0,47 0,28 0,15 1,85 Směr. odch. 2,98 1,62 1,35 0,40 0,04 0,29 Min. 10,54 6,70 2,67 0,40 0,22 0,11 0,00 1,03 Max. 25,60 12,54 11,52 2,32 0,53 0,34 0,22 0,07 2,90 Var. koef. 20,19 18,49 27,78 62,87 7,59 8,74 14,16 63,66 15,40 36

37 5.2 Bobtnání dřeva naměřené a vypočtené hodnoty u modřínu V tab. 5.4 jsou obsaženy vypočtené hodnoty z naměřených dat zkušebních tělísek vysušeny na nulovou vlhkost dřeva. Tělíska byla vysoušena při teplotě C. Tab. 5.5 obsahuje vypočtené hodnoty zkušebních tělísek po nabobtnání. Zkušební tělíska se nechala ponořena ve vodě sedm dní, aby dřevo co nejvíce nabobtnalo a dosáhlo MNBS. V poslední tab. 5.6 jsou uvedeny vypočtené hodnoty zkušebních tělísek nejen celkového bobtnání, ale i ve všech směrech. Dále k těmto vypočteným hodnotám se vypočítaly jejich koeficienty bobtnání. Při měření bylo použito 119 modřínových zkušebních tělísek. Obr. 5.3 Modřínová zkušební tělíska po vysušení na nulovou vlhkost. Obr. 5.2 Modřínová zkušební tělíska po 7 dnech máčení. 37

38 Tab. 5.4 Tabulka z měření tělísek v absolutně suchém stavu modřín. délka L 30,17 mo [kg] Vo [m3] ρo [Kg/m3] Arit. prům. šířka R 19,70 rozměry šířka T 19,46 0, Směr. odch. 0,10 0,11 0,15 0, , ,24 Min. 19,30 19,14 29,97 0, , ,13 Max. 19,95 19,73 30,83 0, , ,38 Var. koef. 0,52 0,57 0,50 4,62 1,08 4,78 Tab. 5.5 Tabulka údajů z měření tělísek po 7 dnech máčení modřín. rozměry mw [kg] šířka R šířka T délka L Vw [m3] ρw ρk [Kg/m3] [kg/m3] w MNB S Arit. prům. 20,84 21,63 30, , ,15 481,77 70,70 32,09 Směr. odch. 0,21 0,21 0, , ,98 Min. 20,36 21,15 30,05 0, , ,24 433,37 55,09 25,36 Max. 21,78 22,19 30, , ,23 522,96 82,43 39,71 Var. koef. 0,99 0,96 0,52 5,61 1,48 40,42 4,92 4,15 5,83 8,25 2,44 7,60 Tab. 5.6 Tabulka stanovení celkového bobtnání a výpočet koeficientu bobtnání modřín. αv αt αr αl KαV [%/1% ] KαT KαL KαR Kdif [%/1% [%/1% [%/1%] [%/1%] ] ] Arit. prům. 18,30 11,15 5,77 0,62 0,57 0,35 0,18 2,00 Směr. odch. 1,70 1,00 1,07 0,46 0,42 Min. 14,23 9,06 2,83 0,00 0,50 0,10 0,00 0,98 Max. 23,49 14,29 10,22 1,93 0,62 0,41 0,06 3,97 Var. koef. 9,31 8,98 18,56 73,86 4,78 8,54 14,66 70,43 20,92 38

39 5.3 Bobtnání dřeva naměřené a vypočtené hodnoty u borovice V tab. 5.7 jsou obsaženy vypočtené hodnoty z naměřených dat zkušebních tělísek vysušeny na nulovou vlhkost dřeva. Tělíska byla vysoušena při teplotě C. Tab. 5.8 obsahuje vypočtené hodnoty zkušebních tělísek po nabobtnání. Zkušební tělíska se nechala ponořena ve vodě sedm dní, aby dřevo co nejvíce nabobtnalo a dosáhlo MNBS. V poslední tab. 5.9 jsou uvedeny vypočtené hodnoty zkušebních tělísek nejen celkového bobtnání, ale i ve všech směrech. Dále k těmto vypočteným hodnotám se vypočítaly jejich koeficienty bobtnání. Při měření bylo použito 119 borovicových zkušebních tělísek. Obr. 5.1 Borovicová zkušební tělíska po vysušení na nulovou vlhkost. Obr. 5.3 Borovicová zkušební tělíska po 7 dnech máčení. 39

40 Tab. 5.7 Tabulka z měření tělísek v absolutně suchém stavu borovice. rozměry mo [kg] Vo [m3] ρo [Kg/m3] 30,19 0, , ,94 0,12 0,13 0, , ,43 19,05 19,02 29,81 0, , ,23 Max. 19,86 19,72 31,05 0, ,02 Var. koef. 0,93 0,62 0,42 5,28 1,24 5,75 šířka R šířka T délka L Arit. prům. 19,48 19,31 Směr. odch. 0,18 Min. Tab. 5.8 Tabulka údajů z měření tělísek po 7 dnech máčení borovice. rozměry mw [kg] šířka R šířka T délka L Arit. prům. Směr. odch. Min. Vw [m3] ρw ρk [Kg/m3] [kg/m3] w MNB S 20,33 21,24 30,43 0, , ,43 381,64 85,87 35,61 0,19 0, , ,77 18,47 7,21 3,66 19,95 20,71 30,22 0, , ,84 329,90 25,68 Max. 21,08 21,57 31, , ,16 442,23 Var. koef. 0,92 0,76 0,52 68,47 100,9 8 8,40 6,82 1,23 6,31 4,84 45,25 1 Tab. 5.9 Tabulka stanovení celkového bobtnání a výpočet koeficientu bobtnání borovice. αv αt αr αl KαV KαT KαR KαL Kdif [%/1%] [%/1%] [%/1%] [%/1%] [%/1%] Arit. prům. 15,76 9,98 4,40 0,82 0,44 0,28 0,12 2,46 Směr. odch. 2,03 1,06 1,26 0,49 0,79 Min. 10,21 6,80 1,48 0,07 0,39 0,19 0,05 0,00 0,94 Max. 21,00 11,88 8,25 2,33 0,51 0,36 0,21 0,06 7,00 Var. koef. 12,87 10,59 28,50 60,27 5,75 10,85 21,99 55,10 32,15 40

41 Mikroskopické vzorky tloušťky buněk Tloušťka buněk letního dřeva po nabobtnání a vysušení Na dané stránce můžeme vidět statistické srovnání tloušťek buněk letního dřeva po sedmi dnech máčení a po vysušení v sušárně při teplotě C. Statistické srovnání se provádělo u smrku, modřínu a borovice. V tab a tab jsou vyjádřené číselné statistické hodnoty. Obdélník u každé dřeviny v obr. 5.4 vymezuje 50 % dat a čára v obdélníku označuje střední hodnotu. Kolečka, která jsou mimo prostor vyznačuje úsek naměřených dat, jsou vzorky, které nebyly započítány do měření. Z obr. 5.4 je vidět, že tloušťka buněk letního dřeva po nabobtnání u modřínu je vyšší než u smrku a borovice, které jsou na tom téměř stejně. U tloušťky buněk letního dřeva po vysušení u modřínu je vyšší než u smrku a borovice, které jsou na tom téměř stejně. Tab Statistické srovnání tloušťky buněk letního dřeva u smrku, modřínu a borovice po nabobtnání číselné srovnání. Tloušťka buněk [µm] SM MD BO N [ks] Průměr Medián Min. 4,759 6,745 4,176 4,640 6,590 4,410 3,590 4,500 2,290 Směr. odch. 5,990 0,604 9,010 1,041 5,910 0,955 Max. Var.koef. 12,681 15,441 22,870 Tab Statistické srovnání tloušťky buněk letního dřeva u smrku, modřínu a borovice po vysušení číselné srovnání. Tloušťka buněk [µm] SM MD BO N [ks] Průměr Medián Min. Max. 3,914 5,874 3,579 3,790 6,030 3,700 2,730 4,070 1,380 5,720 8,120 5,560 Směr. odch. 0,672 1,005 0,893 Var.koef. 17,162 17,102 24,964 41

42 Tab Dvouvýběrový F-test pro rozptyl buňky letního dřeva po nabotnání (1) a po vysušení (2). Stř. hodnota 4,759 3,914 4,176 3,579 6,745 5,874 SM 1 SM 2 BO 1 BO 2 MD 1 MD 2 Rozptyl 0,364 0,451 0,912 0,798 1,085 1,009 N Rozdíl F 0,807 P(F<=f) (1) 0,240 F krit (1) 0,606 1,143 0,330 1,651 1,075 0,406 1,651 Tab Dvouvýběrový t-test s rovností rozptylů buňky letního dřeva po nabotnání (1) a po vysušení (2). Stř. hodnot a 4,759 3,914 4,176 3,579 6,745 5,874 SM 1 SM 2 BO 1 BO 2 MD 1 MD 2 Rozpty l N 0,364 0,451 0,912 0,798 1,085 1, Společn t Rozdíl ý rozptyl Stat P(T<=t ) (1) t krit (1) P(T<=t ) (2) t krit (2) 0, ,278 0,0000 1,662 0,0000 1,987 0, ,064 0,0014 1,662 0,0029 1,987 1, ,037 0,0001 1,662 0,0001 1,987 Obr. 5.4 Statistické srovnání tloušťky buněk letního dřeva u smrku, modřínu a borovice po nabotnání (1) a po vysušení (2) grafické srovnání. Tloušťka buněk letního dřeva [μm] SM 1 SM 2 MD 1 MD 2 BO 1 BO 2 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy 42

43 Obr. 5.5 Buňky letního dřeva: s smrk po nabobtnání. Obr. 5.6 Buňky letního dřeva: modřín po nabobtnání. Obr. 5.7 Buňky letního dřeva: borovice po nabobtnání. 43

44 Obr. 5.9 Buňky letního dřeva: smrk po vysušení. Obr Buňky letního dřeva: modřín po vysušení. Obr Buňky letního dřeva: borovice po vysušení. 44

45 5.4.2 Tloušťka buněk jarního dřeva po nabobtnání a po vysušení Na dané stránce můžeme vidět statistické srovnání tloušťky buněk jarního dřeva po sedmi dnech máčení a po vysušení v sušárně při teplotě C. Statistické srovnání se provádělo u smrku, modřínu a borovice. V tab a tab jsou vyjádřené číselné statistické hodnoty. Obdélník u každé dřeviny v obr.5.12 vymezuje 50 % dat a čár v obdélníku označuje střední hodnotu. Z obr je vidět, že tloušťka buněk jarního dřeva po nabobtnání u modřínu a borovice jsou téměř stejné. U smrku se data nepodařila naměřit. U tloušťky buněk jarního dřeva po vysušení u modřínu a borovice jsou téměř stejné. U smrku se data nepodařila naměřit. Tab Statistické srovnání tloušťky buněk jarního dřeva u smrku, modřínu a borovice po nabobtnání číselné srovnání. Tloušťka buněk [µm] SM MD BO N [ks] Průmě Mediá Směr. Min. Max. r n odch. Data se nepodařilo naměřit 3,602 3,530 2,250 5,240 0,710 3,647 3,660 2,560 4,550 0,592 Var.koef. 19,711 16,224 Tab Statistické srovnání tloušťky buněk jarního dřeva u smrku, modřínu a borovice po vysušení číselné srovnání. Tloušťka buněk [µm] SM MD BO N [ks] Průměr Medián 2,932 3,068 Min. Max. Data se nepodařilo naměřit 2,995 1,950 4,260 3,000 1,950 4,410 Směr. Var.koef. odch. 0,634 0,578 21,637 18,850 45

46 Tab Dvouvýběrový F-test pro rozptyl buňky jarního dřeva po nabotnání (1) a po vysušení (2). BO 1 BO 2 MD 1 MD 2 Stř. hodnota 3,647 3,068 3,602 2,932 Rozptyl 0,350 0,334 0,504 0,402 N Rozdíl F 1,047 1,252 P(F<=f) (1) F krit (1) 0,444 1,704 0,243 1,704 Tab Dvouvýběrový t-test s rovností rozptylů buňky jarního dřeva po nabotnání (1) a po vysušení (2). BO 1 BO 2 MD 1 MD 2 Stř. Rozptyl hodnota 3,647 0,350 3,068 0,334 3,602 0,504 2,932 0,402 N Společný Rozdí t P(T<=t t krit P(T<=t t krit rozptyl l Stat ) (1) (1) ) (2) (2) 0, ,426 0,0000 1,665 0,0000 1,991 0, ,449 0,0000 1,665 0,0000 1,991 Obr Statistické srovnání tloušťky buněk jarního dřeva u smrku, modřínu a borovice po nabobtnání (1) a po vysušení (2) grafické srovnání. Tloušťka buněk jarního dřeva 5,5 5,0 4,5 [μm] 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 MD 1 MD 2 BO 1 BO 2 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy 46

47 Obr Buňky jarního dřeva: smrk po nabobtnání. Obr Buňky jarního dřeva: modřín po nabobtnání. Obr Buňky jarního dřeva: modřín po nabobtnání. 47

48 Obr Buňky jarního dřeva: smrk po vysušení. Obr Buňky jarního dřeva: modřín po vysušení. Obr Buňky jarního dřeva: borovice po vysušení. 48

49 Statistické vyhodnocení výsledků Hustota dřeva s nulovou vlhkostí Na dané stránce můžeme vidět srovnání hustoty s nulovou vlhkostí dřeva u smrku, modřínu a borovice. Obdélník u každé dřeviny (obr. 5.20) vymezuje 50 % dat a tlustá čára v obdélníku označuje střední hodnotu. Kolečka, která jsou mimo prostor vyznačených dat, jsou vzorky, které nebyly započítány. Podle testu rozdílů středních hodnot (obr. 5.20) vyšlo, že modřín má z porovnávaných dřevin nejvyšší hustotu s nulovou vlhkostí. Smrk a borovice mají podobnou hustotu s nulovou vlhkostí. Tab Statistické srovnání hustoty dřeva při nulové vlhkosti u smrku, modřínu a borovice číselné srovnání. ρ0 [Kg/m3] SM N [ks] 119 Arit. prům. 467,357 Medián Min. Max. 472, , ,298 Směr. Var.koef. odch. 35,625 7,623 MD , , ,379 27,352 4,798 BO , , , ,017 25,535 5,778 Obr Statistické srovnání hustoty dřeva při nulové vlhkosti u smrku, modřínu a borovice grafické srovnání. Hustota dřeva s nulovou vlhkostí [Kg/m3] SM MD BO 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy 49

50 5.5.2 Konvenční hustota dřeva Na dané stránce můžeme vidět srovnání konvenční hustoty dřeva u smrku, modřínu a borovice. Obdélník u každé dřeviny (obr. 5.21) vymezuje 50 % dat a tlustá čára v obdélníku označuje střední hodnotu. Kolečka, která jsou mimo prostor vyznačených dat, jsou vzorky, které nebyly započítány. Podle testu rozdílů středních hodnot (obr. 5.21) vyšlo, že modřín má z porovnávaných dřevin nejvyšší konvenční hustotu. Smrk má největší rozptyl a s borovicí má podobnou konvenční hustotu. Tab Statistické srovnání konvenční hustoty dřeva u smrku, modřínu a borovice číselné srovnání. ρk [Kg/m3] N [ks] Arit. prům. Medián Min. Max. Směr. odch. Var.koef. SM , , , ,749 33,400 8,196 MD , , , ,959 20,062 4,164 BO , , , ,233 18,549 4,860 Obr Statistické srovnání konvenční hustoty dřeva u smrku, modřínu a borovice grafické srovnání. Konvenční hustota dřeva 520 [Kg/m 3 ] SM MD BO 25%-75% Rozsah neodleh. Odlehlé Extrémy 50