MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ Komprimace dřeva buku obsahující nepravé jádro a porovnání s dřevem bělovým DIPLOMOVÁ PRÁCE Brno 2012 Ondřej Putna

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Komprimace dřeva buku obsahující nepravé jádro a porovnání s dřevem bělovým zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. 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 Mendlovy univerzity o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne: podpis studenta: 2

3 Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat panu Ing. Aleši Dejmalovi, Ph.D., vedoucímu diplomové práce, za čas který mi věnoval a za jeho cenné rady a připomínky, které mně pomohly vytvořit konečnou podobu této práce. Dále bych chtěl poděkovat své rodině za podporu po dobu mého studia. 3

4 Abstrakt: Autor: Ondřej Putna Název práce: Komprimace dřeva buku obsahující nepravé jádro a porovnání s dřevem bělovým Nepravé jádro se vyskytuje u velké části bukové populace, čímž snižuje výtěžnost a navyšuje cenu kvalitního bukového dřeva pro další zpracování, zejména v nábytkářském průmyslu. Nepravé jádro lze na první pohled rozeznat díky tmavšímu odstínu dřeva. Tento barevný rozdíl naznačuje rozdílnou stavbu a vlastnosti oproti bělovému dřevu. Práce se zabývá srovnáváním vybraných mechanických a fyzikálních vlastností nepravého jádra a běle buku. Z mechanických vlastností byla zkoumána tvrdost a z fyzikálních vlastností byla zkoumána hustota a relaxace dřeva po lisování v radiálním směru. Pro účel zkoušek byly vyrobeny zkušební tělesa, na kterých byly prováděné zkoušky. Výsledky byly statisticky vyhodnoceny a porovnány s literárními zdroji. Klíčová slova: Buk lesní, nepravé jádro, plastifikace dřeva, lisování dřeva, fyzikální vlastnosti, mechanické vlastnosti 4

5 Abstract: Author: Ondřej Putna Project title: Compressing beech wood with red heart and comparing it with sapwood Heartwood occurs in a large part of beech population, reducing the yield and increasing the price of high quality beech wood for further processing, particularly in the furniture industry. Heartwood can be recognised at first sight by its darker shade. This difference in colour is due to its different structure and properties as compared with sapwood. The present project compares selected mechanical and physical properties of beech heartwood and sapwood. The mechanical properties investigated included hardness and the physical ones density and relaxation after pressing the wood in the radial direction. For testing purposes, specimens were made to be used for conducting the tests. The results were statistically evaluated and compared with literature sources. Keywords: Beech, beech heartwood, wood plastification, wood moulding, physical properties, mechanical properties 5

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ PŘEHLED Buk lesní (Fagus silvatica L.) Makroskopická stavba Mikroskopická stavba Terminologie Nepravé jádro buku Rozsah jádra Mikroskopická struktura nepravého jádra Thyly Jádrové látky Výskyt hub v jádře Fyziologie nepravého jádra Příčiny vzniku nepravého jádra Vzduch Houby Nízké teploty Soubor podmínek vedoucí k vytvoření nepravého jádra Omezení vzniku nepravého jádra Fyzikální a mechanické vlastnosti nepravého jádra buku Iniciativa za nepravé jádro pro nábytek Plastifikace mikrovlnným ohřevem Lisování dřeva Způsoby lisování MATERIÁL A METODIKA Stanovení vlhkosti Stanovení hustoty Stanovení statické tvrdosti Plastifikace Lisování Stanovení relaxace vzorků Statistické vyhodnocení VÝSLEDKY Hustota Hustota neslisovaných vzorků Hustota slisovaných vzorků Tvrdost Jankova tvrdost neslisovaných vzorků tangenciální směr Jankova tvrdost neslisovaných vzorků příčný směr Jankova tvrdost slisovaných vzorků tangenciální směr Jankova tvrdost slisovaných vzorků příčný směr Relaxace vzorků po lisování Zjišťované závislosti Závislost statické tvrdosti na hustotě Závislost okamžité relaxace na hustotě DISKUZE

7 6.1 Hustota Hustota neslisovaných vzorků Hustota slisovaných vzorků Statická tvrdost Relaxace ZÁVĚR SUMMARY LITERATURA

8 1 ÚVOD Dřevo ovlivnilo lidský vývoj jako žádná jiná surovina a materiál. Jeho hospodářský význam je nesporný, pro svoji dostupnost, obnovitelnost a obrobitelnost jej lidé využívali jako zdroj tepla, ale také jako stavební materiál. Dřevo oceňujeme nejen kvůli rozmanitosti jeho využití, ale také kvůli jeho estetickému působení a přírodnímu vzhledu, který člověk vyhledává. K jeho největším výhodám patří vysoká pevnost a pružnost ve srovnání s jeho hmotností, jako zdroj materiálu je nevyčerpatelný. Dřevo se lehce opracovává a je ekologicky recyklovatelné. Z dřeva také získáváme energii při spalování. K hlavním nevýhodám patří anizotropní charakter dřeva, dřevo je hygroskopický materiál, který má schopnost měnit vlhkost podle okolního prostředí. Důsledkem jsou rozměrové změny a závislost fyzikálně mechanických vlastností na vlhkosti a také relativně nízká odolnost proti biologickým činitelům. Buk patří mezi důležité a populární dřeviny v nábytkářském průmyslu, pro svůj vzhled, vlastnosti a všestrannost použití. U buku se ale často vyskytuje vada zvaná nepravé jádro až u 30 % veškeré populace buků. Tato vada snižuje výtěžnost dřeva, přestože jde především o estetickou vadu. Ekonomicky se přítomnost nepravého jádra výrazně projevuje při výrobě dýh a překližek a při výrobě kvalitního řeziva a nábytku. Kvůli této často vyskytující se vadě vznikla iniciativa za přijetí nepravého jádra buku, jako za exkluzivní přírodní úkaz na nábytku. Snaží se změnit pohled na jádro buku, jako na neobvyklý úkaz, který vypovídá o životě stromu a podmínkách v níž rostl. Nabízí se zde paralela s čalouněným koženým nábytkem, i zde pohlížíme na useň se všemi svými znaky jako na přírodní materiál, který vypovídá o životě zvířete. Abychom mohli takto nahlížet na tuto vadu, měli bychom mít k dispozici co nejvíce informací a snažit se pochopit důvody vzniku a vlastnosti takového dřeva. Tato práce má ambici přispět k prohloubení znalostí ohledně složitého úkazu jakým je nepravé jádro buku pomocí experimentu založeném na komprimaci nepravého jádra buku. 8

9 2 CÍL PRÁCE Práce si klade za cíl objasnit některé vlastnosti dřeva buku obsahující nepravé jádro upraveného radiálním lisováním. Ambicí práce je přispět k lepšímu poznání bukového dřeva obsahující nepravé jádro pomocí prováděného experimentu. Dále přinést přehledný přehled spojený s problematikou nepravého jádra ve vztahu k nábytku. Cílem je experimentální měření, zabývající se komprimací nepravého jádra buku, zkoušení jeho mechanických a fyzikálních vlastností a na základě výsledků lepší porozumění chování nepravého jádra buku. 9

10 3 LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Buk lesní (Fagus silvatica L.) Ještě v 18. století byl buk nejvýznamnější dřevinou horských masívů a pahorkatin střední Evropy. Původní bukové čisté i smíšené porosty, zatížené v 17. a 18. století nadměrnými těžbami, byly rychle nahrazeny rozsáhlými monokulturami smrku a v nižších polohách i borovicemi. A tak postupně do dnešní doby zbyla z bučin, zaujímající dominantní postavení v evropském areálu, jen lokální torza (Nečesaný, 1958). Podle zprávy ministerstva zemědělství (z roku 2010) zaujímají bukové porosty ha, což tvoří 7,3 % z celkové plochy porostní půdy. Od roku 2000 to znamená malý nárůst o 1,3 %, do budoucna je plánován nárůst až na 18 %. Důvody jsou nasnadě. Bukové dříví má mnohostranné využití, díky svým vlastnostem je ceněno v mnoha odvětvích. Pro svůj vzhled je ceněno jako surovina pro výrobu nábytku, především ohýbaného. Je důležitou surovinou pro výrobu dýh a překližek, dále se využívá pro výrobu parket, pražců. V neposlední řadě se jedná o důležitou surovinu v oblasti chemického průmyslu a to pro výrobu buničiny, dřevotřískových desek a suché destilace. Buk se používá i pro drobné výrobky, jako hračky, knoflíky, pažby, topora Makroskopická stavba Buk patří do skupiny roztroušeně pórovitých listnatých dřevin, barva dřeva je narůžovělá červenohnědá. Po skácení kmene je nápadné různé zbarvení jádra a bělového dřeva na příčném řezu, což je způsobeno dočasným rozdílným obsahem vody ve dřevě čerstvě skáceném buk řadíme do dřevin s vyzrálým dřevem (Balabán, 1952). Tento fakt hraje důležitou roli v tvorbě nepravého jádra (viz. kap ). Postupným vysycháním dřeva nabývá celé dřevo stejnoměrného zbarvení. V celém letokruhu se vyskytují úzké letní makroskopicky nezřetelné cévy. Dřeňové paprsky jsou viditelné na všech řezech: na radiálním tvoří zřetelná zrcadla, na tangenciálním 1 5 mm vysoké svislé pásky a na příčném řezu husté pásy probíhající kolmo na letokruhy (Šlezingerová, Gandelová 2008). 10

11 Makroskopická stavba buku Název Fagus sylvatica L. Barva narůžovělá, červenohnědá méně trvanlivé, málo odolné proti biotickým Trvanlivost činitelům Hustota (w 0 %) 685 (kg.m -3 ) Tvrdost 61 Mpa Viditelnost DP na řezech P,R,T Stavba dřeva bělové s vyzrálým dřevem / tvoří nepravé jádro Tab. č.1: Makroskopická stavba buku, převzato z: Mikroskopická stavba Mikroskopickou strukturu můžeme označit za značně složitou: dřevo se skládá ze všech buněčných typů, které se v listnatém dřevě mohou vyskytovat. Cévy jsou hlavním vodivým elementem, ve dřevě jsou to většinou mrtvé zdřevnatělé soubory buněk napojené na sebe. U buku rozlišujeme jednoduché nebo žebříčkovité perforace cév. První typ je častý zejména v širokých cévách jarního dřeva, druhý v úzkých cévách v letním dřevě (Nečesaný, 1958). Tracheidy tvoří ve dřevě listnatých dřevin přechodné typy anatomických elementů s funkcí vodivou, mechanickou a někdy zásobní. Proto rozlišujeme tracheiny cévovité, vazicentrické a vláknité (Šlezingerová, Gandelová 2008). Tracheidy se v bukovém dřevě obyčejně přimykají k cévám a bukové dříví obsahuje všechny zmíněné typy tracheid. Hlavní část dřevní hmoty buku představují libriformní vlákna, jsou to typické elementy s mechanickou funkcí, jedná se o dlouhé, obvykle úzké, zašpičatělé s více či méně tlustou buněčnou stěnou a s velmi malými (menší než 3 µm) štěrbinovitými tečkami (Šlezingerová, Gandelová 2008). Dřevní parenchym je ve dřevě nepravidelně rozložený a tvoří v dřevě buku axiální dřevní parenchym apotracheální a paratracheální. Dřeňové paprsky, které tvoří radiální parenchym jsou heterogenní a vrstevnatost dřeňových paprsků je 1 25 buněk. 11

12 Mikroskopická stavba buku Dřevo roztroušeně pórovité Cévy průměr (µm) Délka článku (µm) Seskupení jednotlivě a seskupení 2 4 Perforace jednoduchá a žebříčkovitá Tracheiny průměr (µm) Délka (µm) Typ Vláknité, cévovité a vazicentrické Libriformní vlákna průměr (µm) Délka (µm) Dřevní parenchym typ ax. parenchymu apotracheálního Hraniční, difuzní typ ax. parenchymu paratracheálního skupinový Dřeňové paprsky Vrstevnatost 1 25 Tab. č. 2: Mikroskopická stavba buku, převzato z: Terminologie V literatuře se setkáváme s celou řadou různých označení nepravého jádra, což vede k otázce jedná li se o jádro pravé, či nepravé? Buk patří do skupiny bělových dřev, tvořící nepravé jádro. Označení nepravé je používáno podle nepravidelného výskytu nepravého jádra. Nečesaný (1958) uvádí, že až do roku 1929, kdy se objevilo po předcházející tuhé zimě dosud neznámé zjadrnění nezvyklých vlastností, věnovali zjadrnění buku pozornost vesměs jen němečtí autoři. Hromadný výskyt nového zjadernění po katastrofální zimě způsobil, že se studiu zjadrnění počala věnovat podstatně vyšší pozornost než dříve. Tak vznikl název pro zjadrnění mrazové jádro. Autoři, domnívající se, že primárním činitelem při vzniku bukového jádra jsou houby, označovali jádro buku jako hnilobné jádro. Z dřívějších názvu se dále používaly názvy: pajádro, mokré jádro, falešné jádro, hnědé jádro. Pokud jádro definujeme jako tmavěji zbarvená centrální část kmene, výrazně makroskopicky odlišena od světlejší běle, potom hovoříme u buku o nepravém jádru, 12

13 které můžeme dále rozlišit do několika dalších skupin názvů (z pravidla podle důvodu vzniku jádra). V literatuře se můžeme setkat i s výrazem pravé jádro takto pojmenovanému jádru rozumíme jako středové časti kmene bez výrazného odlišení od okolního dřeva, tzn. nepravé jádro nebylo vytvořeno a kmen stromu je bezvadný. 3.2 Nepravé jádro buku Makroskopicky je nepravé jádro buku jasně odlišitelné především barvou a tvarem. Klír (1981) uvádí i nepříjemný kvasnicový zápach nepravého jádra, tato vlastnost je však druhotná a nemusí se vždy projevit. Za nepravé jádro buku označujeme vnitřní barevně odlišenou část kmene. Zbarvení je významnou vlastností jádrového dřeva. Nečsaný (1958) uvádí, že za základní barvu zdravého nepravého jádra lze nejlépe považovat červenohnědé zbarvení. Rozumí se tím odstín na čerstvém řezu, oxidací se zbarvení stává méně zřetelným a šedne. Je třeba upozornit na odstín jádra, které má žlutozelený nebo šedohnědý nádech potom hovoříme o počínající hnilobě jádra. Ačkoliv rozdíl v odstínu mezi jádrem a bělí ve dřevě buku je sám o sobě zcela zřetelný, zdůrazňuje jej ještě výrazně tmavší hranice mezi jádrem a bělí. Označujeme ji jako hraniční čáru nebo též marginální linii. Za důvod výrazně odlišného zbarvení lze spatřovat ve výskytu thyl, jádrových látek, krystalů, popřípadě hyf hub. Za tmavší zbarvení marginální hranice se považuje důvod nerovnoměrného výskytu thyl v průměru jádra. Byl zjištěn vyšší výskyt ucpaných cév thylami v marginální línii (Nečesaný, 1958). 13

14 Obr.1: Tvary nepravého jádra podle Mahlera a Howeckeho (1991) Obr.2: Typy jader podle Požgaje (1993): Okrouhlé červenohnědé velké (ČV), malé (ČM), hnilobné (ČH), dvojité zdravé (DZ), dvojité hnilobné (DH), mozaikovité zdravé (MZ), mozaikovité hnilobné (MH), Hvězdicovité (HV), plamencové (PL) a složená jádra (S) Rozsah jádra Průměr jádra na příčném řezu se běžně považuje za ukazatele rozsahu jádra v kmeni. Podle Nečesaného (1958) tvoří nejmenší rozsah malé červené jádro, hodnoty průměrů tohoto jádra jsou poměrně vyrovnané. Značné rozpětí hodnot je naproti tomu u ostatních jader. Na velikost jádra v kmeni se podílí vícero vlivů. Již Jaroschenko (1935) se zabýval vztahem mezi velikostí vyzrálého dřeva a nepravého jádra. Tento poznatek potvrdili Račko a Čunderlík (2010), kteří uvádějí přímou stoupající závislost mezi velikostí vyzrálého dřeva a nepravého jádra. Pouze v 10,5 % případů bylo nepravé jádro větší než zóna nepravého jádra. Výskyt nepravého jádra byl i vyšší v kmenech, ve kterých byla širší zóna vyzrálého dřeva. Na velikost vyzrálého dřeva a tedy i nepravého jádra mají vliv i pěstební podmínky a velikost koruny stromu. Požgaj (1993) uvádí, že buky s velkou korunou a tedy i přírůstky tvoří malou zónu vyzrálého dřeva a tedy i malé jádro. Tyto poznatky jsou důležité pro omezení frekvence výskytu nepravého jádra vhodnými zásahy (viz. kap. 3.5). Důležitý je i vertikální rozsah jádra, výskyt jádra je zcela běžný v kořenových nábězích, ale i kořenech stromu. Směrem ke koruně se průměr jádra rychle zvětšuje až do svého 14

15 maximálního rozměru. Od tohoto nejširšího místa se průměr pozvolna zmenšuje, horní ukončení jádrového vřetene leží asi ve ⅔ délky kmene. Tento fakt potvrdili i Račko a Čunderlík (2011), jako důvod uvádí snižování kambiálního věku kmene s výškou stromu. Proto je velikost vyzrálého dřeva v přízemní části větší než ve vyšších částech kmene. Tím můžeme vysvětlit snižující se frekvenci výskytu nepravého jádra v kmeni. Do postraních větví obyčejně jádro nevybíhá. Obr.3: Vertikální rozsah jádra v buku (Nečesaný, 1958) 3.3 Mikroskopická struktura nepravého jádra Jádrové dřevo buku se svou mikroskopickou strukturou od běli příliš neliší. Jadernění je jevem druhotným, vzniká uvnitř kmene ve dřevě dávno vytvořeném. Pokud jde o buněčnou stavbu, není mezi jádrem a bělí žádného rozdílu. Pouze zásah dřevokazných hub může změnit existující strukturu, ale potom hovoříme o hnilobném jádře. Přesto pokud srovnáme makroskopicky nepravé jádro a běl, je jasný velký rozdíl, proto nelze očekávat, že by se jádro neprojevilo mikroskopickými změnami. Rozhodující jsou útvary vzniklé v buněčných dutinách: thyly v cévách a shluky jádrových látek především v parenchymatických buňkách. Výskyt hyf, případně jiných orgánů hub, jimž se svého času přikládala základní důležitost pro vznik jádra, je podstatně méně častý (Nečesaný, 1958). 15

16 3.3.1 Thyly Obecně jsou thyly tvořeny parenchymatickými buňkami, které dvojtečkami vrůstají do lumenů cév z okolních dřeňových paprsku, eventuálně podélného dřevního parenchymu, částečně nebo úplně je vyplňují a tím cévy vyřazují z vodivé funkce (Šlezingerová, Gandelová 2008). Thyly zaplňují lumen cév velmi rychle, Jurášek (1956) uvádí asi 5 dní, než thyla dosáhne průměr cévy a ucpe ji. To způsobuje, že toto pletivo se stává jen velmi málo propustné pro tekutiny, což má za důsledek ztrátu vitality parenchymatických buněk a tvorbu nepravého jádra. Z praktického hlediska ucpání cév způsobuje problematickou impregnaci jádra. Výskyt thyl v jádře není v celém průměru jádra stejný. Byly zjištěny velké rozdíly v četnosti výskytu thyl. Zjistilo se, že cévy v hraničních čarách (marginální linie) jsou thylami ucpány daleko více než ve vnitřních částech jader. V okrajové části jadernění, kde jsou parenchymatické buňky ještě poměrně vitální, je ovšem tvorba thyl nejmohutnější (proto barevné odlišení) (Klír, 1981). To potvrzuje Nečesaný (1958), který klade tvorbu thyl do přímé souvislosti na vitalitě parenchymatické buňky, tedy odumřelé dřevní buňky nemají schopnost tvořit thyly. V běli se thyly tvoří v místech max. 5 mm od okraje hraniční čáry jádra. Nejsou rovněž úplně vyvinuté a uzavírají cévy jen z části. S otázkou rozložení thyl souvisí i jejich zbarvení. Thyly v mladém stavu nebývají obvykle zřetelně zbarveny. V jádře ovšem tyto neúplně nevyvinuté thyly nenacházíme. Vyvinuté thyly bývají zbarveny žlutohnědě. Nejintenzivnějšího zbarvení dosahují thyly právě v oblasti marginální line (Nečesaný, 1958). Jurášek (1955) vidí jako hlavní příčinu tvorby thyl v proniknutí plynné fáze do dřeva (viz. kap ). Předpokládá, že v 1. fázi růstu thyl dochází k přetlaku v parenchymatické buňce dřeňového paprsku oproti sousední cévě. Tento rozdíl působí jako tlak na stěnu cévy směrem do její buněčné dutiny. V místech, kde je buněčná stěna ztenčena, může nastat prohnutí membrány. Nestačí však samotné tlakové namáhání, je třeba, aby buňka mohla reagovat aktivním růstem. 16

17 Obr.4: Thyly v cévách, příčný řez, zvětšeno 100x (Putnová, 1984) Obr.5: Thyla detail, zvětšeno 500x (Putnová, 1984) 17

18 3.3.2 Jádrové látky Druhým podstatným mikroskopickým znakem nepravého jádra buku jsou jádrové látky. Oxidací buněčného obsahu již odumírajících parenchymatických buněk se po vrůstu thyl vytvoří jádrové látky (Klír, 1981). Jedná se o zrnité tmavě zbarvené útvary, vyskytující se ponejvíce v parenchymatických buňkách. Jsou prvkem daleko rozmanitějším a mnohotvárným než thyly. V každém bukovém jádře bez rozdílu nacházíme jádrové látky jako více méně tmavší výplně lumenech parenchymatických buněk dřeňového paprsku.výskyt jádrových látek není vázán pouze na parenchymatické buňky paprsku, ale vyskytují se, i když podstatně méně, v libriformních vláknech a vláknitých tracheidách. V cévách se vyskytují zřídka. Pro jádrové látky v marginální línii platí stejné pravidlo, jako pro thyly. Jejich výskyt je v této zóně nejvyšší. V světle zbarvených jádrech je jádrovými látkami vyplněná jen část paprsku, v tmavých jádrech obsahuje jádrové látky většina buněk paprsku. Vzhled jádrových látek je značně rozmanitý, společným znakem je žlutá až tmavá červenohnědá barva. Tvarem jsou to někdy kapkovité nebo zrnkovité útvary (Nečesaný, 1958). Obr.6: Jádrové látky struktura, zvětšeno 2200x (Putnová, 1984) 18

19 Obr.7: Jádrové látky v dřeňovém paprsku, zvětšeno 500x (Putnová, 1984) Výskyt hub v jádře Někteří starší autoři (Hermann, 1902; Tuzson, 1905; Münch, 1910) a jiní považovali jádro za výsledek činnosti hub. Nicméně celá řada autorů podle Nečesaného (1958) dokázala, že ve většině jader hyfy hub nelze zjistit. Nelze tedy přítomnost hyf považovat za závazný znak nepravého jádra. Tento fakt potvrzuje Putnová (1984), která zkoumala zdravé jádro bez výskytu hyf a hnilobné jádra v různých stádiích hniloby s přítomností hyf. S předcházejícího textu vyplývá, že zdravé nepravé jádro nejeví známky odlišnosti struktury od bělového dřeva. Pouze dochází k tvorbě nových struktur (thyly, jádrové látky). V případě výskytu hyf v jádře dochází k degradaci a rozkladu jednotlivých elementů dřeva. Spleť hyf tvoří vlastní tělo hub, tzv. podhoubí, hyfy jsou dlouhá jemná vlákna (Šlezingerová, Gandelová, 2008). Hyfy většiny hub, které se v bukovém jádře vyskytují se šíří především vertikálně buněčnými elementy, které jsou k tomu nejvhodnější, tedy cévami. Thyly nejsou hyfám přílišnou překážkou. Experimenty dokazují, že dochází i k šíření hub ve směru podélném, kromě toho, ovšem v menší míře se houby z cév šíří i do paprskového a dřevního parenchymu a v omezené míře do ostatních buněčných elementů. Tento jev způsobuje degradaci jádrových látek uložených především v dřeňových paprscích. Houba svými enzymy způsobuje degradaci jádrových látek, proto u dlouhodobé infekce dřeva lze jádrové látky nalézt jen sporadicky. Frekvence výskytu hyf není stejná jak mezi jednotlivými druhy jader, tak v rámci jádra obecně. Podle Nečesaného (1958) většina plamencový jader obsahuje hyfy, většina 19

20 okrouhlých jader bez zřetelných výběžků a bez zřetelných stop hniloby hyfy neobsahuje. Frekvence výskytu hyf v rámci jádra nebývá stejná. Největší množství hyf se soustřeďuje při hraničních čarách, protože zde je optimální prostředí pro jejich růst (Nečesaný, 1958). Obr.8: Degradované jádrové látky, zvětšeno 1000x (Putnová 1984) Obr.9: Degradované dřevo s výskytem hyf, zvětšeno 260x (Putnová, 1984) Fyziologie nepravého jádra Je li jadernění nebo alespoň impuls k němu fyziologickým pochodem, leží těžiště změn, které mu předchází nebo je doprovázejí, především ve fyziologickém stavu živých buněk ve dřevě. Nečesaný (1958) zjistil živé parenchymatické buňky dřeňových paprsků v běli až do hranice s jádrem. Jádro naopak neobsahovalo ani jednu živou buňku, z toho lze vyvodit, že změna běle v jádro je proces spojený s odumíráním buněk 20

21 paprskového, případně i dřevního parenchymu. Z toho lze usoudit, že se stářím buněk paprskového parenchymu klesá jejich vitalita a tím i jejich odolnost vůči nepříznivým životním podmínkám. Ze ztrátou vitality buněk souvisí i snížená osmotická hodnota, která klesá nejprve ve zralém dřevě a poté v nepravém jádru. Také rozložení vlhkosti závisí na poloze v kmeni, jádrové dřevo má vesměs nižší obsah vody než běl, pokles vlhkosti narušuje osmotickou schopnost parenchymatických buněk, což vede ke ztrátě jejich vitality (Nečesaný, 1958). Také Putnová (1984) chápe jadernění jako následek fyziologického porušení rovnovážného stavu stromu. 3.4 Příčiny vzniku nepravého jádra Vzduch Tento činitel považuje většina autorů za rozhodující. Podle Račka a Čunderílka (2010) je poranění kmene nebo větví stromu primární příčinou, která působí vnikání vzduchu do kmenu stromu. Kyslík obsažený ve vzduchu způsobí oxidaci rozpustných karbohydrátů a škrobu (obsažený v živých nebo částečně odumřelých parenchymatických buňkách), přičemž vzniknou hnědě zbarvené polyfenolické sloučeniny které pronikají do sousedních pletiv a zbarvují je. Různá fyziologická hodnota (vitalita) parenchymatických buněk určuje jejich schopnost odolávat nepříznivým podmínkám oxidace. Proto k tvorbě jádrových látek dochází přednostně v parenchymu se sníženou vitalitou. Zároveň přes ztenčeniny mezi parenchymatickými buňkami a cévami vrůstají z parenchymatických buněk do cév thyly, které je ucpávají. Na vitalitu parenchymatických buněk v kmeni má vliv hlavně vlhkost. Mění se po průřezu a po výšce kmene a je závislá na ročním období, podnebí, půdě atd. Největší vlhkost má bělová zóna (74 97 %), přičemž nejvyšší vlhkost mají okrajové části běle u kambia. Přes tuto část běle vede významná část transpiračního proudu vody. Směrem ke středu kmene vlhkost postupně klesá až na určitou hranici. Od této hranice je vlhkost až po jádro víceméně konstantní. Pokles vlhkosti pod 60 % narušuje osmotickou schopnost parenchymatických buněk, což vede ke ztrátě vitality. Tuto zónu označujeme jako zralé dřevo (Račko, Čunderílk, 2010). 21

22 Se snížením vlhkosti dochází ke změně poměru mezi vzduchem a vodou ve dřevě, což nemusí vždy vést ke tvorbě jádra. Nižší vlhkost zralého dřeva je známa, přesto se tu netvoří ani thyly ani jádrové látky. Není vyloučeno, že právě zde je přítomen vzduch neobyčejně chudý na kyslík. Nasvědčuje tomu i běžná přítomnost živých, i když méně vitálních parenchymatických buněk ve zralém dřevě. Stačí však zásah zvenčí, tj. průnik vzduchu do kmene, aby se v hranicích zralého dřeva vytvořilo jádro (Nečesaný, 1958). Tento fakt potvrdili Račko a Čunderlík (2010), kteří zkoumali vztah mezi velikostí zralého dřeva a nepravého jádra. Zjistili, že po průniku vzduchu a vytvoření nepravého jádra existuje mezi plochou nepravého jádra a plochou vyzrálého dřeva stoupající lineární závislost s vysokým korelačním koeficientem. Ve většině případů (89,5 %) byla plocha nepravého jádra menší než plocha vyzrálého dřeva. Obr.10: Závislost plochy zóny nepravého jádra a zralého dřeva (Račko, Čunderlík, 2010) Průnik vzduchu do kmene může probíhat mnoha způsoby. Vnikání vzduchu do struktury dřeva závisí na velikosti poranění větví a kmene stromu. Poranění jsou způsobené hlavně výchovnou a obnovnou činností v porostu, poraněním kůry lesní 22

23 zvěří, zlomení větví vlivem větru a sněhu, ale i poraněním kořenů stromu dobytkem, či těžkou technikou (Račko, Čunderílk 2010). Působení kyslíku na tvorbu nepravého jádra se zabývali Sorz a Hietz (2007), kteří uvádí zajímavé výsledky. Ačkoliv nijak nezpochybňují vzduch jako jeden z klíčových faktorů podílející se na tvorbě jádra, ve své práci uvádí, že pouze kyslík nestačí k vytvoření nepravého jádra, jako další možný parametr označují mikroorganismy. Dále uvádí výsledky měření koncentrace vzduchu v jádře po dobu 7 měsíců, které potvrdily vyšší hladinu kyslíku v dřevě s nepravým jádrem, i když koncentrace kolísá v závislosti na sezónních změnách i v rámci každého stromu individuálně. Obr.11: Průměrná koncentrace kyslíku ve vnitřním dřevě u pěti buku s (černé body) a šesti buků bez (bílé body) nepravého jádra (Sorz, Hietz, 2007) Houby Mnozí autoři pokládali nakažení stromu houbami za hlavní důvod tvorby nepravého jádra. Jedním z důvodů této domněnky bylo studium především plamencového jádra, které s velkou pravděpodobností hyfy hub obsahuje. Již Jurášek (1955) dokázal přesvědčivě, že průvodní znaky jádra thyly a jádrové látky vnikají bez přítomnosti 23

24 hub a že jejich enzymy nemohou vyvolat tvorbu thyl, ale mohou přispět k intensivnějšímu vniku jádrový látek. Přesto nelze houby jako tvůrce jádra podceňovat, lze předpokládat, že proniknutím hub a působením vylučovaných enzymů se zeslabují parenchymatické buňky a odumírají (Klír, 1981). Tento fakt potvrzuje Nečesaný (1958) který předpokládá, že pokud je splněn předpoklad proniknutí vzduchu do dřeva a jádro se nevytvoří, potom jsou živé parenchymatické buňky v oblasti proniknutí vzduchu ještě dost vitální a stačí si udržet energetickou rovnováhu přes poruchy metabolismu. Pokud dojde k následnému proniknutí hyf do této oblasti, způsobí vlivem vylučovaných enzymů další zeslabení parenchymatických buněk. Za těchto okolností se už začnou tvořit thyly a buňky odumírají za současné a následné tvorby jádrových látek. Jádra vytvořená za spoluúčasti hub se vyznačují nepravidelným víceméně hvězdicovitým tvarem. Možností k proniknutí hyf do kmene je mnoho, protože každé poškození stromu napomáhá nejen proniknutí vzduchu, ale i houbové infekce Nízké teploty Byly to právě extrémně nízké teploty v letech , po kterých se hromadně začalo tvořit nepravé jádro u buků v karpatské oblasti. Po tomto dosud pouze málo popsaném jevu se pozornost autorů zaměřuje na objasnění důvodu vzniku a co nejdetailnějším popsaní struktury nepravého jádra. Vysvětlení důvodu vzniku se zdá být velmi snadné, tuhé mrazy způsobily mrazové trhliny v kmenech stromů, kudy mohl lehce proniknout vzduch, či houbová infekce. Problém této teorie nastává v popisu stavu tehdejšími autory, kteří nenašli žádné výrazné poranění kmene a přesto se jádro vytvořilo. Vznik mrazového jádra objasnil Nečesaný (1958), který popisuje roli extrémně nízkých teplot jako oslabující vliv na parenchymatické buňky v paprscích a v celém průřezu kmene. Období nízkých teplot tedy ovlivní živé buňky v celém kmeni a oslabí je. Pokud nastane nový negativní zásah (další působení nízkých teplot, nebo jiné činitele), buňky již nejsou schopny čelit novému zásahu a odumřou. To se může stát velmi rychle (při velmi energickém zásahu), a pak dřevo odumře, aniž jádro vytvoří, často podlehne hnilobě bez jakékoliv reakce živých buněk, nebo odumírá pomalu, a pak je dán jeden 24

25 z předpokladů pro jadernění. Je li v té době přítomno uvnitř kmene určité množství vzduchu, jak to obyčejně bývá, je splněn i další předpoklad pro tvorbu thyl a jádrových látek, tedy pro tvorbu jádra. Není li vzduch přítomen, odumřou živé buňky pozvolna a dřevo při prvním proniknutí hub hnije. Mrazové nepravé jádro se vyznačuje dvěma odlišnými znaky od ostatních nepravých jader. Mrazová jádra mají abnormálně vysokou vlhkost a nižší výskyt thyl. Předpokládá se, že působením mrazů jsou vyřazeny obvodové části kmene z vodivé činnosti, a proto se tento proud pohybuje částmi vnitřní běli. Jakmile mrazy poleví, obnoví se činnost vodivých drah ve vnější běli, ale voda z vnitřní běli nemůže být odvedena a způsobuje její zvlhnutí. Vnikne li sem v té době po pozvolném poklesu vlhkosti vzduch, vzniknou v oslabených parenchymatických buňkách a v jejich okolí fyzikální i chemické podmínky pro tvorbu thyl. Nízký výskyt thyl lze vysvětlit energeticky mimořádně silným zásahem, že parenchymatické buňky odumřely dříve, než mohly vytvořit thyly. Důležitou roli zde sehrává i vysoký obsah vody (a tedy nízký obsah vzduchu) v cévách, který trval tak dlouho, než mohly nastaly vhodné podmínky pro tvorbu thyl (Nečesaný, 1958) Soubor podmínek vedoucí k vytvoření nepravého jádra V předchozích kapitolách byly popsány jednotlivé možné činitele, jimž autoři připisují rozhodující vliv při vzniku a tvorbě jádra. Rozborem předpokladů pro jejich působení zjišťujeme, že ačkoliv ne rovnocenně, přece jen všechny mohou hrát důležitou roli při jadernění. Musíme se tedy dívat na bukové jádro jako na celek, do něhož mohou různí činitelé různě silně zasahovat. Kromě výše uvedených činitelů mohou vstupovat mnohé další faktory jako: velikost koruny, pěstební zásahy, lokalita, kvalita půdy, věk stromu atd. To vše má vliv na možný vývoj jádra v kmeni. Z ostatních faktorů je především věk stromu, a tedy stárnutí buněk předmětem mnoha analýz. Studium vitality buněk paprskového parenchymu přineslo závěr, že kvalita živých buněk se směrem od obvodu dovnitř kmene nápadně mění. Pokles vitality lze chápat jako totožný se stárnutím živých buněk. Není sice znám stupeň vitality, při němž se už mohou v parenchymatických buňkách tvořit thyly, 25

26 předpokládá se však, že jeho výši ovlivňuje intenzita zásahu, který jadernění bezprostředně vyvolává (Nečesaný, 1958). Vliv stáří stromu (a tedy stárnutí buněk) na velikosti zastoupení nepravého jádra v porostu zkoumal Ondráček (2000), který potvrdil předpoklad zvyšujícího se výskytu nepravého jádra s věkem stromu. V porostu s průměrným věkem 60 let bylo procentické zastoupení kmenů s jádrem 32 %, v porostu s průměrným věkem 155 let to bylo již 92 %. Autor dále uvádí, že se stoupajícím věkem se i mění typ nepravého jádra z jednoduchého na složené. Také Račko a Čunderlík (2011) uvádí nárůst výskytu nepravého jádra se zvyšujícím se věkem, přičemž největší nárůst byl zjištěn ve věku nad 100 let. Naopak se stoupající výškou v kmeni velikost jádra klesala. Důvodem je kambiální věk kmene, který se ze stoupající výškou snižuje (buňky jsou vitálnější). Z předchozího textu vyplývá, že nepravé jádro je složitý komplex, na který má vliv vícero faktorů. Za nejdůležitější lze považovat faktor vzduchu, který považuje většina autorů (Nečesaný 1958; Jurášek 1959; Klír 19881; Požgaj 1993; Suchomel a Gejdoš 2010) spolu s vitalitou parenchymatických buněk za klíčový pro tvorbu jádra. Podle Sorze a Hietze (2007) však kompletní vysvětlení pro tvorbu nepravého jádra potřebuje více než jen přítomnost vzduchu, resp. kyslíku. Ve své práci označují jako možný podíl na tvorbě nepravého jádra přítomnost mikroorganismů. 3.5 Omezení vzniku nepravého jádra Přestože se jedná především o lesnickou činnost pomocí pěstebních zásahů, jedná se o důležitou aktivitu ovlivňující další navazující odvětví, především nábytkářský průmysl. Na základě lesnického výzkumu, porozumění a kvantifikace lze částečně předcházet a omezit tvorbě nepravého jádra, které způsobuje finanční a materiálové ztráty. Hodně studií se snaží popsat ekonomické ztráty způsobené přítomností nepravého jádra ve výřezech a kulatině. Richter (2001) vyčíslil roční ztráty způsobené výskytem nepravého jádra bukového sortimentu v německém severním Rýnsku Vestfálsku na 5,1 mil. Euro (Račko, Čunderílk 2010). Také proto je důležité vědět o vadě co nejvíce, identifikovat příčiny a jít cestou prevence. Určitých úspěchů při omezování tvorby nepravého jádra lze dosáhnout pěstebními zásahy. Hlavní podmínkou je pěstování ve vhodných lesních typech. Bukové porosty 26

27 musí být založeny na hlubokých půdách, dobře zásobených hydroxidem vápenatým. Je známo, že buk v čistém porostu půdu zhoršuje, takže příští generace bude k tvorbě nepravého jádra náchylnější. Proto je správně buk pěstovat ve smíšených porostech. Při probírkových zásazích se odstraňují všechny zraněné stromy, protože u nich se tvoří nepravé jádro. Odstraňují se také zbytky vidličnatých stromů a dvojáků (Klír, 1981). Právě v nedostatečné probírce spatřuje Požgaj (1993) příčinu jadernění velkého počtu bukových porostů. Jako možnost omezení výskytu nepravého jádra někteří autoři (Ondráček, 2000) uvádí zkracování doby obmytí. Výrazně proti se staví Košulič (2003), který jako důvod uvadí snižující se fyzický věk stromů, již tak v hospodářských lesích podstatně kratší než v lesích přírodních. Tím se mění vývojová dynamika lesa, aniž bychom věděli, jak to dlouhodobě ovlivní trvalost lesa v čase a biologické děje v něm. Košulič (2003) se přiklání k omezování nepravého jádra pěstebním postupem, zejména velikostí růstového prostoru a tudíž velikostí koruny a přírůstků stromu. Okolnost vzniku nepravého jádra je tedy závislá i na způsobu zakládání bukových porostů, zejména umělé obnovy sadbou. Pomocí výpočetní techniky a statistických modelů Wernsdörfer (2006) zmapoval ve své práci externí znaky stromu (uschlé větve, jizvy po větvích, rány, praskliny a vidlice). Pro mapování rysů a k popisu tvaru nepravého jádra byl vyvinut způsob laserového skenování kmene a digitální analýza fotek. Tato metoda umožnila rekonstruovat a vizualizovat vnější znaky na povrchu kmene a nepravé jádro uvnitř kmene. Na základě výsledků vizuálního hodnocení mezi vnějšími znaky a nepravým jádrem, byla stanovena jednoduchá hypotéza, která klade přímou závislost na zahájení tvorby nepravého jádra v závislosti na rozměrech odumřelých větví, suků a jizev po větvích apod. Kromě toho byla stanovena hypotéza z vývoje nepravého jádra v axiálním a radiálním směru. Tyto hypotézy byly použity v následujících analýzách ze kterých se vytvořil model výskytu a tvaru nepravého jádra. Pomocí tohoto modelu bylo možné kvantifikovat vliv jednotlivých vnějších znaků na pravděpodobnost výskytu nepravého jádra. Pomocí tohoto modelu bylo správně určeno a zařazeno 15 z 17 stromů s nepravým jádrem a 12 ze 14 stromů bez jádra. Výsledky předpovědních modelů ukazují, že lze odhadnout na stromech pomocí externích znaků náchylnost k vytvoření nepravého jádra. Aplikace těchto modelů je v současné době diskutována s ohledem na možné zavedení do lesnické a dřevařské praxe. 27

28 Jako jistá metoda omezení nepravého jádra a zvýšení tržní hodnoty buku postiženého touto vadou se jeví metoda využívající pigmentu, které produkují houby. Sara C. Robinson et. al. (2011) naočkovala dřevo buku pigmenty produkující houby k zvýšení tržní hodnoty dřeva buku a zvýraznění barvy. Ve svém výzkumu naočkovala i vzorky obsahující nepravé jádro, výsledky byly ovšem sporadické. Tmavější jádrové dřevo se nepodařilo úplně překrýt pigmenty hub, nicméně i tak došlo k barevné změně. Takto upravené nepravé jádro by se mohlo uplatnit na trhu s nábytkem díky nově vzniklé textuře a barvě dřeva. Obr.12: Očkování buku pigmenty produkující houby (Sara C. Robinson, Daniela Tudor, Paul A. Cooper, 2011). 3.6 Fyzikální a mechanické vlastnosti nepravého jádra buku Ačkoliv autoři (Nečesaný, 1958; Matovič, 1977; Pöhler at. al. 2005) udávají, že dřevo buku obsahující nepravé jádro nejeví podstatné a statisticky významné rozdíly ve fyzikálních a mechanických vlastnostech. Pouchanič (2011) však ve své práci uvádí rozdíly, které by se daly považovat za statisticky významné. Naměřená hustota nepravého jádra při ρ 0 nabyla o 35 kg/m 3 vyšší hodnotu, než v případu běle. S hustotou souvisí i mechanické vlastnosti, zatímco mez pevnosti v tlaku ve směru vláken a deformace v tlaku ve směru vláken vykazuje vyšší hodnoty nepravého jádra, u modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken byl trend opačný. 28

29 Velmi důležitou vlastností jsou tvarové a rozměrové změny způsobené působením vlhkosti. Zatímco dřeviny tvořící tzv. pravé jádro vykazují nižší rozměrové změny jádra oproti běli, u nepravého jádra buku je tomu přesně naopak a to ve všech směrech. Lze tedy konstatovat, že s vyšší hodnotou hustoty roste i hodnota mechanických vlastností (ne všech), což lze považovat za nespornou výhodu, ovšem s hustotou rostou i vyšší rozměrové změny nepravého jádra oproti běli. Pouchanič (2011) se ve své práci zabývá srovnáváním vybraných mechanických a fyzikálních vlastností dřeva buku s jádrem a bez jádra, viz. následující tabulka. Tab. č.3: Porovnání mechanických a fyzikálních vlastností nepravého jádra a běle buku. H 0 Shoda středních hodnot s 95 % pravděpodobností (Pouchanič, 2011) Pöhler et. al. (2005) nepovažují rozdíly v mechanických a fyzikálních vlastnostech za významné a nikterak závažné a podle nich neexistuje žádný důvod proč dřevo obsahující nepravé jádro nepoužívat v sériové výrobě pro jeho mechanické a fyzikální vlastnosti. Ani adhezivní chování se neliší od dřeva bez vylišeného jádra, výzkum 29

30 ukázal, že kvalita lepení není závislá na stavu dřeva (s jádrem/bez), ale na lepícím systému a stupni smáčení povrchu. Jako hlavní překážka využití nepravého jádra v oblasti nábytku tak zůstává nejednotná barevnost. Experimenty prokázaly, že rozdíly v barvě běle a jádra klesají po sluneční expozici, nicméně se slunečním zářením dochází také k fotodegradaci ligninu, což vede ke ztrátě hodnoty a kvality dřeva. Výzkum by se tak měl zaměřit především na barevnou egalizaci a technologie, které umožní rychlou změnu barvy pro výrobu nábytku. Za velmi problematickou je považována ochrana buku obsahující nepravé jádro pomocí impregnace. Nepravé jádro zamezuje příjmu impregnačních látek a jeho ochrana impregnací je velmi problematická. Důvodem jsou thyly ucpávající cévy, takto zacpanými cévami proniká ochranná látka velmi obtížně i při vyšších tlacích a delších časech impregnace (Svatoň, 2000). 3.7 Iniciativa za nepravé jádro pro nábytek Jak již bylo uvedeno, nepravé jádro zasahuje okolo 30% veškeré bukové populace. Tak velké procentní zastoupení vede k výrazným hospodářským ztrátám. V Německu, kde buk patří mezi dominantní dřeviny se v roce 2002 rozhodli vytvořit pracovní skupinu složenou z lesního úřadu, regionálních pilařů, nábytkářů a stolařů, jakož i architektů a designerů orientovaných na společný cíl dosáhnout zlepšení tržního uplatnění buku s nepravým jádrem, pod heslem: jádro buku není vada, ale výzva. Aktivita byla orientována především na produkci exkluzivního nábytku, který má narušit konvenční nábytkářský styl a který by zaujal náročného zákazníka labužníka s individuálním vztahem k pojetí interiérové estetiky. Výsledky práce této skupiny byly prezentovány v rámci výstavy, uskutečněné v únoru a březnu 2002 v Pruském muzeu - Minden, kde bylo prezentováno 60 exponátů nábytku z červeno jádrového bukového dřeva, určeného pro nejrůznější účelové využití. Potvrdila se reálnost této koncepce nepovažovat červené jádro u buku za vadu dřeva, ale za výzvu. (Pozn.: Podobný přístup lze nalézt ve Skandinávii při nábytkářském využití namodralé borovice) (Švenda, 2003). Nutno dodat, že se jednalo o využití především červeného okrouhlého a hlavně zcela zdravého jádra. Takové nahlížení na vadu považovanou za estetickou vadu je velmi 30

31 pozitivní a přínosné. Samotné označení estetická vada není zcela na místě, jedná se o jedinečné a neobvyklé dřevo, které svojí nevšedností vybočuje, což mohou někteří zákazníci náležitě ocenit. Zpracováváním nábytku obsahující nepravé jádro buku se zabývají některé firmy především z Rakouska a Německa, na svých webových stránkách takový nábytek prezentují jako ojedinělý, protože je doprovázen přírodním úkazem nepravého jádra. Pokud by se podařilo takto marketingově využít potenciálu nepravého jádra buku u nábytku, mohlo by dojít ke zvýšení poptávky i u tuzemských zákazníků a tím lepší využitelnosti jinak vadných kmenů. Obr.13: Příklad využití nepravého jádra u nábytku obývacího pokoje. Dostupné z: 31

32 3.8 Plastifikace mikrovlnným ohřevem Mikrovlnný ohřev (MV) využívá elektromagnetického vlnění o frekvencích 300 MHz 300 GHz. Teplo vzniká přeměnou elektrické energie v dielektrických materiálech (Špunda, 2005). Působení elektrické složky se uskutečňuje v dutinovém rezonátoru nebo také v plynule se pohybujícím páse v mikrovlnném tunelu. Rezonátor představuje prostor s nerovnoměrně rozloženou hustotou energie. Mikrovlnný ohřev materiálu v prostoru dutinového rezonátoru je nerovnoměrný. Nehomogenní statické pole se vytváří po odrazu vln od dobře vodivého povrchu stěn rezonátoru. Plastifikovaný materiál se vkládá do pohybující se nádoby v rezonátoru, takto se potlačí nerovnoměrnost ohřevu a dosáhne se nízkého kolísání teploty v objemu ohřívaného materiálu. Z hlediska co nejrovnoměrnějšího ohřevu je také žádoucí, aby rozměry pracovního prostoru byly několikanásobkem vlnové délky. Zdrojem elektromagnetického vlnění jsou magnetrony, počet magnetronů záleží na rozměrech a objemu rezonátoru. Také zvolením dostatečným počtem magnetronů se eliminuje nehomogennost elektromagnetického pole. Následkem nerovnoměrného ohřevu může být špatná plastifikace dílce, nebo naopak přílišné zahřátí lokální části, což může vést k zuhelnatění. Přenos energie ve dřevě se uskutečňuje pomocí elektromagnetického vlnění. Po dopadu elektromagnetického vlnění na nedokonalé dielektrikum, jako např. dřevo se část vlnění odrazí, část proniká s postupným utlumováním, přičemž se energie elektromagnetického pole mění na teplo. Mikrovlnný ohřev lze klasifikovat jako vůbec nejrychlejší způsob zvyšování teploty dřeva, což vyplývá přímo z fyzikálního principu ohřevu absorpcí energie elektromagnetického pole. K intenzivní absorpci energie elektromagnetického pole vodou dochází právě v pásmu mikrovlnných frekvencí (dipólová polarizace), proto je mikrovlnný ohřev vlhkého dřeva zvláště účinný (Makovíny et al. 2006). Nevýhodou MV ohřevu dřeva je menší koeficient ohebnosti a menší maximální průhyb zkoušeného tělesa. Podle experimentu (Makovíny et al. 2006), byly porovnávány koeficienty ohebnosti a maximální průhyby hranolků, které byly rozděleny do dvou skupin. První byla plastifikována klasickou technologií pařením a druhá pomocí MV ohřevu. Metoda paření byla použita jako referenční vzhledem k jejímu rozsáhlému průmyslovému využití. Maximální koeficient ohebnosti k 0 pařeného buku dosáhl hodnotu 0,0912 a maximální průhyb pak hodnotu 38,7 mm. Pro metodu MV ohřevu 32

33 a vlhkost w = 30 % byl dosáhnut maximální průhyb 32 mm a hodnota koeficientu ohebnosti odpovídala 0,0759. Při vlhkosti w = 40 % pak maximální průhyb byl 31 mm a hodnota koeficientu ohebnosti 0,0789. Obě dvě hodnoty koeficientu ohebnosti se blíží koeficientu pro pařený buk, nicméně se snížil o cca 13 až 17 %. Tento pokles ovšem nevylučuje použití MV ohřevu pro nábytkářský průmysl. 3.9 Lisování dřeva Při lisování dřeva tak jako při jeho ohýbání se využívá jeho schopnost měnit působením tepla, vlhkosti, případně jiného plastifikačního prostředku plastičnost a působením vnějších sil tvar. Změněný tvar lisováním se stabilizuje snížením zvýšené teploty nebo vlhkosti. Při tváření dřeva lisováním dochází k jeho zhušťování a zvyšování fyzikálních a mechanických vlastností (Trávník, 2003). Komprimaci dřeva lze provádět napříč vláken nebo podél vláken, při způsobu komprimace podél vláken dochází k tzv. harmonikovému efektu, které se projevuje zkrácením délky tělesa. Při komprimaci napříč vláken v radiálním nebo tangenciálním směru pak dochází k zhuštění dřeva a zvýšení mechanických vlastností. K lepšímu znázornění si lze představit jarní a letní dřevo jako pružinky, přičemž z hlediska mechanických funkcí mají pružinky letního dřeva větší tuhost než pružinky jarního dřeva. V radiálním směru se jedná o stlačování pružin, které jsou sériově řazeny, což způsobuje přednostní stlačení méně tuhých pružin jarního dřeva. V tangenciálním směru jsoupružiny řazeny paralelně, tedy obojí se deformují zároveň (Veselý, 2008). (Neuvažuje se druh dřeviny, dřeňové paprsky, šířka letokruhu, podíl letního a jarního dřeva). 33

34 Obr.14: Schématické znázornění tlaku kolmo na vlákna pomocí různě silných pružin (Horáček, 2001) a) radiální směr b) tangenciální směr Při působení tlaku napříč vláken jsou s ohledem na makroskopickou stavbu letokruhů možné dva průběhy závislosti napětí deformace: dvoufázová a třífázová. Při dvoufázové deformaci (obr. 15) je na diagramu zřetelná lineární část (se vzrůstajícím napětím vzrůstá i deformace), která probíhá téměř do maximální pružného zatížení. Nad mezí úměrnosti dochází k postupnému porušování soudržností tělesa, což se projevuje na hranicích letokruhů. Ty se ohýbají, navzájem od sebe oddělují a dochází k rozvíjení plastické deformace tělesa. Dvoufázová deformace je charakteristická pro dřevo jehličnanů a listnatých dřevin s kruhovitě pórovitou stavbou letokruhu (s výjimkou dubu) při tlaku v tangenciálním směru, kdy se stlačují elementy jarního i letního dřeva současně (Gandelová et al. 1996). 34

35 Obr.15: Pracovní diagram v tlaku napříč vláken dvoufázová deformace (Merenda, 2006) Třífázová křivka deformace (obr. 16) dřeva je typická pro zatížení dřeva v tlaku napříč vláken v radiálním směru pro všechna naše dřeva s výjimkou dubu. V tangenciálním směru pro dřeva listnáčů s roztroušeně pórovitou stavbou dřeva a určitou tendenci v tomto směru projevuje i dřevo dubu. Počáteční, první fáze deformace (lineární část křivky je způsobena stlačováním jarního dřeva v letokruzích. Na konci této fáze je dosaženo meze úměrnosti. Po ztrátě stability anatomických elementů začíná jejich stlačování. Tento proces probíhá působením stejného nebo jen málo vzrůstajícího napětí a postupně se rozvíjí plastické deformace. Tato fáze probíhá při značném zatížení, dochází ke zhušťování dřeva, které ale nekončí úplným porušením tělesa (Gandelová et al. 1996). 35

36 Obr.16: Pracovní diagram v tlaku napříč vláken třífázová deformace (Merenda, 2006) Komprimovat dřevo bez plastifikace lze pouze listnaté dřeviny, ale metoda je méně účinná. Lisováním plastifikovaného dřeva lze dřevo stlačit až o 20 % více, než dřevo neplastifikované bez jakéhokoliv poškození. S plastifikací taktéž klesají síly potřebné k přetvoření dřeva. Působením externího tlaku na dřevo klesá objem pórů a roste jeho hustota. Velikost změny hustoty dřeva a destrukce buněčných stěn závisí na stupni slisování (Merenda, 2009) Způsoby lisování Jednoosé lisování u tohoto způsobu lisování působí síla v jednom směru. Je to nejrozšířenější způsob zhušťování dřeva, provádí se v hydraulických lisech. Tento způsob lisování lze rozdělit na dvě skupiny, na rovnoměrné (výrobek má po celé ploše stejnou deformaci obr.17 a) a na nerovnoměrné (deformace v ploše výrobku je různá a dosahuje se lisováním mezi tvarovanými deskami, čímž vzniká reliéf obr.17 b, nebo se lisuje tvarový přířez mezi rovnými lisovacími deskami obr.17 c) Dvouosé lisování síla působí v radiálním a tangenciálním směru. Tento postup se používá k získání zhuštěného dřeva (zvláště vysokých mechanických vlastností obr.17 d). 36

37 Prostorové lisování síla působí na povrch ze všech stran (podélně, tangenciálně, radiálně obr.17 e). Toho se dosahuje lisováním v kapalině o tlaku několika desítek MPa. Obr.17: Způsoby lisování dřeva (Kafka, 1989) a) rovnoměrné lisování, b) nerovnoměrné lisování mezi tvarovými deskami, c) lisování tvarového přířezu rovnými deskami, d) dvouosé lisování, e) prostorové lisování 37