MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva Hodnocení kvality povrchu OSB desek Bakalářská práce 2013 Lukáš Fukan

2 Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Kvalita povrchu OSB desek 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 MENDELU 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 30. dubna 2013

3 Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval svému vedoucímu práce panu doc. Ing. Zdeňku Kopeckému, CSc. za odborné vedení, věcné připomínky a za čas, který mi věnoval během vypracovávání bakalářské práce. Dále bych rád poděkoval panu doc. Ing. Emilu Svobodovi, CSc. za pomoc s provedením měření v praktické části práce a za rady poskytnuté pro vyhodnocení naměřených výsledků.

4 Jméno / Name: Lukáš Fukan Název bakalářské práce: Hodnocení kvality povrchu OSB desek Bachelor thesis title: Oriented Strand Board surface quality assessment Abstrakt Bakalářská práce je zaměřena na hodnocení kvality povrchu OSB desek. Úvodní část je věnována výrobě, analýze vlastností a použití OSB desek. V druhé části jsou analyzovány základní pojmy metrologie a způsoby měření kvality povrchu. Poměrně velký prostor je věnován rozboru kontaktních i bezkontaktních metod. V experimentální části práce je uvedena metodika měření na přístroji Talysurf CLI 1000 a výsledky hodnocení kvality povrchu broušených a nebroušených desek kontaktní metodou. V závěru práce jsou vyhodnoceny výsledky drsnosti a vlnitosti povrchu a uvedena doporučení pro praxi. Dále jsou zde nastíněny možnosti pokračování v práci s možností rozšíření experimentu. Klíčová slova: OSB, tříska, kvalita, povrch, drsnost, vlnitost Abstract The bachelor s thesis is focused on the evaluation of the surface quality of OSB. The first part is devoted to the production, analysis of characteristics and OSB application. The second part analyzes the basic concepts of metrology and surface quality measurement methods. Relatively large area is devoted to the contact and contactless methods analysis. In the experimental part of the work is presented a measuring methodology using profilometer unit Talysurf CLI 1000 and the results of the surface quality of sanded and unsanded OSB using contact method. There are evaluated results of surface roughness and waviness in conclusion and there are specified recommendations for work experience. Next is outlined the possibility of continuing to work with the potency of experiment extension. Key words: OSB (Oriented Strand Board), wafer, quality, surface, roughness, waviness

5 Obsah 1 Úvod Cíl práce Literární přehled OSB desky Výroba OSB desek Vlastnosti OSB desek Použití OSB desek Průzkum trhu s OSB deskami Základní pojmy hodnocení povrchu Metody hodnocení kvality povrchu Vizuální metoda Porovnávací metoda Dotykové metody Bezdotykové (optické) metody Materiál a metodika Vzorky Popis a charakteristika zařízení Talysurf CLI Metodika měření Povrchová úprava desek před druhým měřením Polévání Stříkání Výsledky měření... 37

6 5.1 Vyhodnocení 2D parametrů Vyhodnocení 3D parametrů Diskuse Závěr Summary Seznam použité literatury Seznam obrázků Seznam tabulek... 52

7 1 Úvod OSB (zkratka anglického Oriented Strand Board) desky jsou velkoplošný materiál ze speciálních lístkových třísek. Byly vyvinuty v 80. letech minulého století na území Severní Ameriky. V České republice se vyrábějí od roku 2006 (BÖHM, 2012). Desky jsou v posledních letech jedním z hojně používaných materiálů ve stavebnictví. Mají uplatnění nejen v dřevostavbách ale i ve zděných stavbách. Lze je použít pro nosné i nenosné účely. V současné době se vyskytují i v aplikacích, kde bychom je nečekali. Využívají se v interiéru jako pohledové vrstvy stěn a dokonce i na nábytek. Pro tyto účely se používají desky broušené, od kterých se očekává lepší kvalita povrchu pochopitelně za odpovídající (vyšší) cenu. Člověk, který měl možnost vidět a hmatem posoudit broušené a nebroušené desky se může ptát, jestli mají broušené desky opravdu o tolik kvalitnější povrch, aby za ně zaplatil přibližně o 15 % více. Obr. 1. Příklad využití OSB desek na pohledové plochy v interiéru (Autor: J. Gajda) 8

8 2 Cíl práce Hlavním cílem práce je posoudit a porovnat kvalitu OSB desek broušených a nebroušených, protože na pohled a především na dotek se jeví velmi podobně, jejich cena je ovšem rozdílná (cena broušených desek je vyšší). Jedním z dílčích cílů práce je objasnění problematiky OSB desek. Práce se zaměří na oblast výroby, na vlastnosti, využití a v neposlední řadě také na český trh s OSB deskami. Druhým dílčím cílem je zaměření se na vědní disciplínu nazvanou METROLOGIE. Zde práce popíše, k čemu metrologie slouží, popíše základní parametry povrchu (vlnitost, drsnost). Práce poskytne základní přehled metod používaných při vyhodnocování struktury povrchu (vizuálních, porovnávacích, dotykových a bezdotykových). Měřeny budou vzorky desek OSB SUPERFINISH ECO v provedení broušená/nebroušená vyráběných společností KRONOSPAN OSB, spol. s r.o. Následně budou desky opatřeny lakem a opět změřeny. Snímání povrchu proběhne na přístroji Talysurf CLI Posléze budou výsledky vyhodnoceny za pomoci softwaru TalyMap Platinum. 9

9 3 Literární přehled Kapitola Literární přehled pojednává o OSB deskách z hlediska výroby, vlastností, použití a v neposlední řadě požadavků na ně. Dále vyjmenovává metody používané k topografii povrchu. Zmiňuje laboratorní i provozní metody. 3.1 OSB desky OSB (zkratka anglického Oriented Strand Board) desky jsou definovány normou ČSN EN 300:2006 (překlad evropské normy). Jedná se tedy o vícevrstvý (převážně třívrstvý) velkoplošný materiál vyrobený z dřevěných třísek spojených pomocí pojiv a tlaku. Povrchové lístkové třísky viz obr. 2. jsou orientovány rovnoběžně s podélnou osou desky. Menší třísky jsou orientovány náhodně nebo kolmo k povrchovým vrstvám. Obr. 2. Lístkové třísky (BÖHM, 2012) Pohled do historie Jedním z důvodů vzniku třískových desek byl vysoký až 60% podíl dřevního odpadu vzniklého při zpracování dřeva a při truhlářské výrobě. Do 20. století se dřevní odpad využíval především jako palivo. Dalším důvodem byla snaha o využití dřevní suroviny s nižší kvalitou (nevhodná pro pilařské zpracování a na výrobu dýh). První zmínka o možnosti výroby kompozitních materiálů na bázi dřeva se objevila ve spise Zužitkování dřevního odpadu ve spisu Hubarda v roce První zařízení na výrobu tenkých dřevotřískových desek o hustotě kg/m 3 měla společnost Farley&Loetscher Manufacturing Co. v USA. V roce 1940 byla patentována technologie na výrobu třískových desek. V roce 1944 byl vybudován první závod na výrobu trojvrstvých třískových desek střední hustoty (cca 600 kg/m 3 ) ve Švýcarsku. 10

10 Od 50. let dochází k mimořádně dynamickému rozvoji výroby na celém světě. Statistické údaje FAO (Organizace pro výživu a zemědělství) ukazují vývoj produkce aglomerovaných materiálů ve světě (HRÁZSKÝ, 2007). Tab. 1. Výroba aglomerovaných materiálů ve světě (HRÁZSKÝ, 2007) Přímým předchůdcem OSB desky je materiál Waferboard. Cílem byla snaha o vyvinutí materiálu, který by měl podobné fyzikálně mechanické vlastnosti jako překližka, ale podstatně nižší cenu. Desky Waferboard se začaly vyrábět z velkoplošných třísek v Kanadě v roce 1963 (BÖHM, 2012). Wafer v překladu znamená plátek. Desky byly vyráběny z dlouhých, širokých a tenkých třísek, které byly slepeny v neorientovaném stavu. V roce 1978 v USA bylo zjištěno, že orientací třísek v povrchových vrstvách je možno dosáhnout vyšších pevností finálního výrobku. Tímto opatřením mohly být redukovány výrobní náklady za současného splnění požadavků platných norem. Vznik OSB desek je tedy datován do roku V roce 1979 zahájila německá firma Bison výrobu desek v Bevernu. Jednalo se o první evropský závod. V 80. letech došlo k masivnímu rozvoji OSB desek v USA. V 90. letech došlo k výraznému poklesu cen OSB, čímž došlo k druhé vlně nárůstu výroby (HRÁZSKÝ, 2007). Dalším hnacím motorem výroby byla aplikace nových kontinuálních lisů. V roce 2005 byla zprovozněna první linka na výrobu OSB desek také v České republice. Linku provozuje firma KRONOSPAN OSB, spol. s r.o. 11

11 3.1.1 Výroba OSB desek V Severní Americe do výroby OSB desek vstupují nejčastěji rychle rostoucí dřeviny jako topol, borovice vejmutovka nebo bříza. V Evropě jsou nejčastěji zpracovávány jehličnany, převážně borovice a smrk. Obecně je možné pro výrobu použít dřeviny s hustotou v rozmezí kg/m 3 (BÖHM, 2012). Dalšími zdroji mohou být odpady truhlářské výroby a v budoucnosti také staré dřevo určené k recyklaci. Výtěž dřeva při výrobě se pohybuje nad 80 % (HRÁZSKÝ, 2007). Pro výrobu vysoce jakostních OSB je důležité co nejdokonalejší odzrnění dřevní hmoty. Kůra totiž negativně ovlivňuje nejen vzhled desek ale i fyzikální a mechanické vlastnosti desek. Dále může kůra obsahovat nečistoty (minerální látky), které nadměrně otupují nože při dezintegraci dřeva. Nejčastěji jsou využívány rotorové odkorňovače, lze použít i bubnové odkorňovače zejména při zpracování dříví rozdílných průměrů (HRÁZSKÝ, 2007). Další důležitou součástí výrobního procesu je výroba třísek (roztřískování). Nejvíce používaným typem zařízení je diskový roztřískovač. Ještě se používají válcové roztřískovače. Při výrobě třísek vzniká v průměru 3 10 % jemných nevyužitelných podílů, které jsou vhodné pro výrobu dřevotřískových desek. Vlhkost zpracovávaného dřeva by neměla klesnout pod 60% hranici, aby byly třísky dostatečně elastické. Typická povrchová tříska pro výrobu OSB má rozměry ,6 mm. Následuje třídění třísek na sítových třídičích na třísky pro povrchové a na třísky pro středové vrstvy. Vlhké třísky jsou skladovány v zásobnících, aby nedošlo k přerušení výroby při odstávce roztřískovačů. Dále jsou třísky dávkovány do sušárny, kde jsou vysušeny až na technologickou vlhkost tj. na 2 4 %. Důležitá je jemná manipulace s třískami, aby nedocházelo ke vzniku jemných podílů. Vysušené třísky jsou tříděny na tři frakce. Dlouhé třísky jsou použity pro povrchové vrstvy OSB, menší třísky pro středové vrstvy. Jemný podíl (pod 6 mm) je pro výrobu OSB nepoužitelný. Dříve se hojně používaly bubnové třídiče. V současnosti jsou v linkách instalovány válečkové třídiče, protože jsou šetrnější k třískám a mají levnější provoz. Následně jsou třísky skladovány v silech opatřených vyprazdňovacími zařízeními (HRÁZSKÝ, 2007). Pro lepení třísek jsou vhodná močovinoformaldehydová, melaminmočovinoformaldehydová, fenolformaldehydová a izokyanátová lepidla. Poslední dvě zmíněná lepidla jsou využívána nejčastěji. Při operaci nanášení lepidla jsou třísky přesně dávkovány pomocí pásové váhy do bubnové nanášečky, čímž je zajištěn rovnoměrný 12

12 nános lepicí směsi (lepidla, parafínu, atd.) na všechny třísky. Další v řadě technologických operací je vrstvení třísek. Při vrstvení je nutno dbát na separaci a orientaci třísek. Orientace se provádí buď mechanicky, nebo elektrostaticky viz obr. 3. Typický poměr navrstvených třísek je 60 % středových na 40 % povrchových (HAVLÍK, 1999). Obr. 3. Princip mechanické a elektrostatické orientace třísek (HRÁZSKÝ, 2007) Po navrstvení je kontinuální trojvrstvý třískový koberec dopraven k příčné pile a rozřezán na jednotlivé formáty (v případě diskontinuálního lisování). Lisuje se tlakem až 5 MPa za teploty 220 C. Specifický lisovací čas (lisovací faktor) je při použití fenolformaldehydového lepidla s/mm tloušťky desky. Po vylisování jsou desky přesně naformátovány viz tab. 2. Dále je chlazení v turniketech a následné stohování. Desky mohou být i broušeny na mohutných přesných bruskách. Označování nejčastěji probíhá ve stříkacích kabinách (HRÁZSKÝ, 2007). Tab. 2. Typické formáty OSB desek vyráběných v Evropě délka [mm] šířka [mm] tloušťka [mm] 2500/2650/2800/ /1250 8/10/12/15/18/22/25/28/32 13

13 Obr. 4. Technologické schéma výroby OSB desek 14

14 3.1.2 Vlastnosti OSB desek Na mechanické a fyzikální vlastnosti OSB desek má výrazný vliv celá řada faktorů. Mezi základní faktory patří především druh použité dřeviny, geometrie a kvalita třísek, orientace a formování třísek, vlhkost, typ a množství použitého lepidla a aditiv a v neposlední řadě parametry lisování. Vzhledem k vysoké variabilitě vlastností a rozmanitým způsobům využívání OSB desek je nutné zvolit kompromis mezi mechanickými a fyzikálními vlastnostmi pro každý specifický způsob aplikace. Například vyšším stupněm komprese je možné dosáhnout větší pevnosti, ale zároveň se bude snižovat rozměrová stabilita desek. Obrovskou výhodou OSB desek je možnost modifikace vlastností už v průběhu výroby (BÖHM, 2012). Desky nejsou tak isotropní jako překližky. Je to dáno jejich samotnou podstatou. OSB desky mají vyšší pevnot ve směru rovnoběžném s podélnou osou desky (HAVLÍK, 1999). Norma ČSN EN 300:2006 rozděluje OSB desky do 4 kategorií podle účelu použití viz tab. 3. V dalších tabulkách jsou uvedeny všeobecné požadavky na OSB desky a specifické požadavky na jednotlivé typy desek, které taktéž uvádí norma ČSN EN 300:2006. Desky mají tloušťkovou toleranci ±0,8 mm (broušené ±0,3 mm) viz tab. 4. Doc. Hrázský a doc. Král tuto veličinu zkoumali u desek OSB/3 nominální tloušťky 18 mm. Došli k závěru, že skutečná tloušťka zkoumaných desek byla v průměru 17,5 mm a desky tak splňují normativní požadavky. Tab. 3. Typy OSB desek dle ČSN EN 300:

15 Tab. 4. Všeobecné požadavky na OSB desky dle ČSN EN 300:2006 Tab. 5. Požadavky na OSB/1 desky dle ČSN EN 300:2006 Tab. 6. Požadavky na OSB/2 desky dle ČSN EN 300:

16 Tab. 7. Požadavky na OSB/3 desky dle ČSN EN 300:2006 Tab. 8. Požadavky na OSB/4 desky dle ČSN EN 300:

17 3.1.3 Použití OSB desek OSB desky mohou být použity v mnoha různých oblastech. Je to dáno jejich příznivými vlastnostmi a existencí čtyř typů desek rozdělených podle účelu použití. Používají se zejména ve stavebnictví, kde jsou využívány pro stejné účely jako překližka, kterou postupně nahrazují. Technické parametry těchto dvou produktů jsou přibližně srovnatelné. Hlavní rozdíl spočívá ve větším tloušťkovém bobtnání OSB při nepříznivých vlhkostních podmínkách. U OSB desek může být tloušťkové bobtnání (a s ním spojená ztráta pevnosti) o % vyšší než u překližky. Tuto nevýhodu OSB desky kompenzují svojí cenou, která je přibližně o 25 % nižší. OSB desky se také vyrábějí v provedení s frézovaným perem a drážkou po stranách 4 PD, případně opatřené fólií (hladká pro betonářská bednění a protiskluzová pro ložné plochy nákladních automobilů). (BÖHM, 2012) Jednou ze speciálních modifikací OSB desek je tzv. lepený I nosník, který se používá v nosných konstrukcích střech. Mezi dvěma dřevěnými pasy je vlepena stojina ze speciální tenké OSB desky viz obr. 5. Nosník má obdobné vlastnosti, jako by byl celodřevěný. Šetří nejen materiál ale i cenu (HRÁZSKÝ, 2007). Obr. 5. I-nosník, stojina z OSB desky, pásnice z vrstveného dřeva (BÖHM, 2012) Konstrukční prvky opláštění budov stěnové panely střešní konstrukce, I nosníky Podlahy podkladová vrstva pro podlahové krytiny finální pochozí povrch podlahy 18

18 Ostatní použití konstrukce pro výtvarné umění a ateliéry dekorativní opláštění stěn, výplně dveřních křídel obalový materiál (bedny, palety, kontejnery, regály) zahradní a parkové stavby, oplocení vybavení interiéru (nábytek) Průzkum trhu s OSB deskami Na světovém trhu je celý zástup výrobců. Z Ameriky jsou to například Timber Products Company z Oregonu, Arkansas Face Veneer z Arkansasu, Heritage Lumber Inc. z Idaho a mnoho dalších. V Evropě je celkem 11 závodů produkujících desky OSB viz tab. 9. Tab. 9. Seznam evropských výrobců OSB desek ( Společnost Stát Norbord Belgie Kronobourgas Bulharsko Kronospan CR spol. s r.o. Česká republika Sonae Indústria/Isoroy SA Francie Kronofrance Francie Fritz Egger Německo Glunz Německo SmartPly Europe Ltd. Irsko Kronospan Lucembursko Kronopol Ltd. Polsko Norbord Ltd. Velká Británie V České republice se dají koupit desky od tuzemského výrobce KRONOSPAN OSB, spol. s r.o. a také výrobky z Bulharska a Polska, které jsou méně kvalitní a levnější. Objevují se zde i desky dovážené z Francie a Německa. V následující tabulce jsou uvedeny orientační ceny vybraných typů desek vyrobených v ČR. Ceny jsou z dubna 2013 a jsou uvedeny včetně DPH. V ceně nejsou zahrnuty náklady na dopravu desek. 19

19 Tab. 10. Ceny OSB desek v ČR Typ Tloušťka [mm] Provedení hran Provedení povrchu Rozměry [mm] Cena za m 2 [Kč] OSB/3 18 4T&G broušená OSB/3 18 4T&G nebroušená OSB/3 18 SE nebroušená OSB/4 18 4T&G nebroušená OSB/4 18 SE nebroušená pozn.: 4T&G - pero&drážka ze všech stran; SE - kolmé hrany 20

20 3.2 Základní pojmy hodnocení povrchu Měření geometrie povrchu tuhých látek je všeobecně založené na měření některých vlastností povrchu. Získané výsledky měření geometrie povrchu slouží jako podklad k hodnocení kvality povrchu. Povrch je definován jako vrcholy a hranami rozdělená plocha, která odděluje těleso od okolního prostředí. Z fyzikálně-chemického hlediska se povrchy vyznačují tím, že ostře ohraničují prostory rovnoměrně zaplněné v určitém okamžiku substancemi s odlišnými fyzikálními (často i chemickými). Bezprostředním důsledkem anatomické stavby dřeva je existence rozsáhlého vnitřního povrchu a typické problémy morfologie externího povrchu. Systém nerovností na povrchu je obecně označován jako geometrie povrchu. Na geometrii povrchu dřeva má přímý vliv jeho anatomická stavba jak na mikroskopické úrovni, tak na makroskopické úrovni (GAFF, 2009). Dále má vliv samotné opracování. Existují tři základní druhy povrchu viz obr. 6. Geometrický povrch ideální povrch, jehož tvar je určen výkresem nebo jinou technickou dokumentací daného prvku Skutečný povrch povrch ohraničující těleso, který ho zároveň odděluje od okolního prostředí Základní povrch povrch, od kterého se vyhodnocují parametry povrchu Obr. 6. Profil povrchu (GAFF, 2009) 21

21 Rozlišujeme tři základní odchylky povrchu odchylku od geometrického tvaru vlnitost (označována jako sekundární textura povrchu) a drsnost (označována jako primární textura povrchu). Tvar Tvar v sobě obsahuje největší nerovnosti povrchu. Úchylky tvaru povrchu nejčastěji způsobuje nedostatečné tuhé upnutí obráběné součásti nebo nepřímost vodících ploch strojů, případně deformace součásti. Vlnitost Vlnitostí rozumíme nerovnosti povrchu, které se mohou pravidelně opakovat. Je způsobena především technologií obrábění (frézování, broušení, atd.) popřípadě deformací obrobku. Na profilu vlnitosti je superponována (v překladu položena) drsnost. Drsnost Je označována jako primární textura povrchu. Tvoří ji mikroskopické a makroskopické trhliny, prohlubeniny, rýhy a vytrhaná dřevní vlákna. Častější je, že je drsnost v různých částech plochy různá. Vzniká při technologickém dokončování výrobků (například mikroskopické vady na ostří břitů odstraňují z povrchu obrobku miniaturní částice). Norma ČSN EN ISO 4287 Geometrické požadavky na výrobky GPS) Struktura povrchu: Profilová metoda Termíny,definice a parametry struktury povrchu z roku 1999 uvádí následující řadu termínů a definic. filtr profilu filtr rozdělující profily na dlouhovlnné a krátkovlnné složky filtr λs filtr definující rozhraní mezi drsností a kratšími složkami vln přítomných na povrchu filtr λc filtr definující rozhraní mezi složkami drsnosti a vlnitosti filtr λf filtr definující rozhraní mezi vlnitostí a delšími složkami vln přítomnými na povrchu souřadnicový systém souřadnicový systém, ve kterém jsou definovány parametry struktury povrchu skutečný povrch povrch omezující těleso a oddělující ho od okolního prostředí profil povrchu profil vzniklý jako průsečnice skutečného povrchu a dané roviny 22

22 profil drsnosti profil odvozený ze základního profilu potlačením dlouhovlnných složek použitím filtru λc; profil je úmyslně upraven profil vlnitosti profil odvozený postupnou aplikací filtru profilu λ f a filtru profilu λc na základní profil, potlačující dlouhovlnné složky filtrem λf a krátkovlnné složky filtrem profilu λc; profil je úmyslně upraven střední čára profilu drsnosti čára odpovídající dlouhovlnné složce profilu potlačené filtrem profilu λc střední čára profilu vlnitosti čára odpovídající dlouhovlnné složce profilu potlačené filtrem profilu λf střední čára základního profilu čára nejmenších čtverců přiléhajících jmenovitému tvaru základního profilu P-parametr parametr vypočítaný ze základního profilu R-parametr parametr vypočítaný z profilu drsnosti W-parametr parametr vypočítaný z profilu vlnitosti S-parametr parametr vypočítaný z 3D měření základní délka, lp, lr, lw délka ve směru osy X, použitá pro rozpoznání nerovností charakterizujících vyhodnocovaný profil vyhodnocovaná délka, ln délka ve směru osy X, použitá pro posouzení vyhodnocovaného profilu; může obsahovat jednu nebo více vyhodnocovaných délek výstupek profilu z povrchu ven směřující (z materiálu do okolního prostředí) část posuzovaného profilu spojující dva přilehlé body na průsečíku profilu s osou X prohlubeň profilu dovnitř směřující (z okolního prostředí do materiálu) část posuzovaného profilu spojující dva přilehlé body na průsečíku profilu s osou X prvek profilu výstupek profilu a přilehlá prohlubeň hodnota pořadnice Z(x) výška posuzovaného profilu v libovolné poloze x místní sklon dz/dx sklon posuzovaného profilu v poloze xi, číselná hodnota místního sklonu a tím parametry PΔq, RΔq, WΔq kriticky závisí na rozteči pořadnic Δx výška výstupku profilu Zp vzdálenost mezi osou X a nejvyšším bodem výstupku profilu hloubka prohlubně profilu Zv vzdálenost mezi osou X a nejnižším bodem prohlubně profilu výška prvku profilu Zt součet výšky výstupku a hloubky prohlubně prvku profilu šířka prvku profilu Xs délka úseku osy X protínající prvek profilu 23

23 materiálová délka profilu na úrovni c Ml(c) součet délek úseků získaných protnutím prvku profilu čarou rovnoběžnou s osou X v dané úrovni c největší výška výstupku profilu Pp, Rp, Wp výška Zp nejvyššího výstupku profilu v rozsahu základní délky největší hloubka prohlubně profilu Pv, Rv, Wv hloubka Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu základní délky největší výška profilu Pz, Rz, Wz součet výšky Zp nejvyššího výstupku profilu a hloubky Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu základní délky průměrná výška prvků profilu Pc, Rc, Wc průměrná hodnota výšek Zt prvků profilu v rozsahu základní délky celková výška profilu Pt, Rt, Wt součet výšky Zp nejvyššího výstupku profilu a hloubky Zv nejnižší prohlubně profilu v rozsahu vyhodnocované délky. průměrná aritmetická úchylka posuzovaného profilu Pa, Ra, Wa aritmetický průměr absolutních hodnot pořadnic Z(x) v rozsahu základní délky průměrná kvadratická úchylka posuzovaného profilu Pq, Rq, Wq kvadratický průměr pořadnic Z(x) v rozsahu základní délky průměrná šířka prvků profilu PSm, RSm, WSm aritmetický průměr šířek Xs prvků profilu v rozsahu základní délky 3.3 Metody hodnocení kvality povrchu Existuje celá řada metod hodnocení kvality povrchu. Některé metody se hodí spíše do provozu, jiné metody jsou zase výlučně laboratorní. Metody mají různý stupeň přesnosti. Tomu také odpovídá jejich cena. Patří sem metody vizuální, porovnávací, dotykové a bezdotykové (optické) Vizuální metoda Jedná se o jednu z nejstarších a nejjednodušších metod. Její princip je velmi jednoduchý, je založena na vnímání zkoumaného povrchu pomocí zraku. Je velmi málo používaná, protože je značně nepřesná a má celou řadu úskalí (SVATOŠ, 2009). Může mít uplatnění při posuzování dokončených povrchů nátěrovými hmotami. Jedním z problémů je subjektivní vnímání člověka. Dále hraje velkou roli kvalita osvětlení. Je možno použít optických přístrojů (lupa popřípadě mikroskop). Jsou sledovány stopy po obrábění, jejich směr a četnost výskytu. Dále mohou být viděny defekty vzniklé při manipulaci s objektem. Metoda je nenáročná na vybavení a také je velmi levná. 24

24 3.3.2 Porovnávací metoda Metoda patří také ke starším hodnocením kvality povrchu. Opět využívá lidských smyslů vnímání, tentokrát zraku a hmatu. Tato metoda je provozní a v současné době se stále používá (GAFF, 2009). Měřený povrch je porovnáván se standardizovaným etalonem, který má v odlišných úsecích povrch o různých parametrech. Metoda je poměrně jednoduchá a rychlá. Cena referenčních sad pro porovnání se pohybuje v řádu stovek až tisíc korun. Jednou z nevýhod je subjektivnost vyhodnocujícího pracovníka (UHLÍŘ, 2010). Další nevýhodou je nutnost mít na každý různý povrch (broušený kov, řezaný kov, frézované dřevo, atd.) různé porovnávací sady. Například nemůžeme porovnávat povrch broušeného dřeva se sadou pro měření broušených kovů. Obr. 7. Sada na porovnávání kvality povrchu ( Dotykové metody Zakládají se na registraci impulzů, které doprovází posun hrotu s přesně definovaným tvarem a velikostí podél měřeného profilu. V současnosti patří mezi nejběžnější metody měření povrchu. Existují přístroje vhodné jak do provozních podmínek, tak laboratorní přístroje. Nevýhodou může být určitý stupeň zkreslení skutečného povrchu, který plyne z geometrických a dynamických parametrů hrotu (GAFF, 2009). Indukční snímač Obsahuje diamantový hrot, který je na snímacím raménku posouván po povrchu. Vertikální pohyb hrotu při přechodu výstupků a prohlubní je díky principu elektromagnetické indukce převáděn na elektrický signál, který reprezentuje změny 25

25 v souřadnicích osy Z. Pro tento systém je charakteristická malá měřící síla, což minimalizuje nebezpečí poškození měřeného povrchu. Odpovídající souřadnice bodu [X, Y] jsou zjištěny odměřovacím systémem stolu, na kterém je uložen měřený objekt (SVOBODA, 2011). Obr. 8. Princip indukčního snímače (SVOBODA, 2011). Piezoelektrický snímač Tento druh snímače využívá piezoelektrického jevu (z řeckého piezin=tlačit). Z krystalů křemene nebo Seignettovy soli (larochellská sůl, tetrahydrát vínanu draselnosodného KNaC 4 H 4 O 6 4H 2 O) se vyřízne rovnoběžně s optickou osou krystalu destička, jejíž protilehlé stěny se opatří vodivými elektrodami. Vznikne tak kondenzátor, jehož dielektrikem je sůl. Působí-li na takovýto snímač síla F, objeví se na elektrodách náboj Q = k F. Protože piezoelektrický snímač představuje zdroj napětí s velkým vnitřním odporem, nelze měřit napětí bez vložení zesilovače (impedanční transformátor). Snímač se využívá především v malých přenosných přístrojích. Má poměrně malý rozsah měření a je velmi citlivý na teplotu a vlhkost (UHLÍŘ, 2010). Obr. 9. Princip piezoelektrického snímače (SVATOŠ, 2009) 26

26 3.3.4 Bezdotykové (optické) metody Také u optických metod neexistuje pouze jedna. Všechny se vyznačují tím, že nedochází ke kontaktu snímacího zařízení se zkoumaným povrchem. Fotografická metoda Jedná se o poměrně velmi jednoduchou a nedrahou metodu, založenou na snímání povrchu pomocí digitálního fotoaparátu (CCD čipu). Obraz je transformován do digitálních dat. Snímky jsou vyhodnoceny pomocí vhodného softwaru za aplikace odpovídajícího měřítka. Nepříjemnou vlastností digitálního fotoaparátu je jeho nelineární přenos jasů. To znamená, že posloupnost hodnot jasu obrazu na vstupu neodpovídá posloupnosti hodnot signálu na výstupu. Proto je nutné provést tzv. gama korekci, která upraví přenos jasů na lineární (ZMEŠKAL, 2001). Obr. 10. Schéma měřicí soustavy (ZMEŠKAL, 2001) Laserový triangulační snímač (PSD) Snímač pracuje na principu triangulační metody. Úzký laserový svazek generovaný polovodičovým laserem je odražen od objektu zpět. Změna vzdálenosti objektu, a tudíž změna úhlu, pod kterým je svazek odražen zpět, se ve snímači projeví jako změna místa na detektoru, kam svazek dopadne. Jako detektor je použito řádkové pole fotodiod, na které je připojen mikroprocesor, který podle rozložení světla určí vzdálenost. Doba odezvy je přibližně 10 ms. Existuje lepší řešení snímače s prvkem PSD (Position Sensitive Device). PSd je fotocitlivý prvek, u nějž se generuje elektrický proud. Hodnota proudu se mění v závislosti na změně polohy dopadu laserového svazku. V tomto případě má snímač 10krát rychlejší odezvu. Zkoušky a testování 27

27 v praxi ukázaly velmi dobrou teplotní stabilitu snímače a značnou necitlivost na změnu barvy. Největší výhodou tohoto snímače je poměr výkonu a ceny. Dále pracuje ve třídě nebezpečnosti laseru 2 (výkon laseru do 1 mw). Není tedy nutné při jeho instalaci dělat zvláštní bezpečnostní opatření (TROJAN, 2000). Obr. 11. Princip činnosti PSD (SVATOŠ, 2009) Konfokální (CLA) snímač Základním principem konfokálního mikroskopu je to, že netvoří obraz vcelku, ale bod po bodu pomocí řádkování. Tak jsou tedy snímány optické body v rovině XY a díky přesnému definovanému posuvu snímače v ose Z i jednotlivé optické řezy (UHLÍŘ, 2010). Bílé světlo je rozkládáno a optikou se spektrální aberací je směrováno na měřený povrch. Optika rozloží světlo podle vlnových délek a v každém bodě povrchu je zaostřena jen určitá vlnová délka. Světlo odražené z povrchu prochází otvorem, který propustí jen světlo zaostřené vlnové délky. Spektrometr vychýlí světlo na CCD senzor, kde je každému bodu přiřazena prostorová poloha (SVOBODA, 2011). 28

28 Obr. 12. Princip CLA snímače (SVOBODA, 2011) Mikroskop atomárních sil (AFM) Jedná se o metodu starou přibližně 6 let. Ta umožňuje provádět chemickou identifikaci jednotlivých atomů na površích pevných látek využívající techniku AFM (Atomic Force Microscope). Princip mikroskopu je založen na změně oscilační frekvence ostrého hrotu (o velikosti několika mikronů) upevněného na konci flexibilního raménka závisející na velikosti interakce hrotu s měřeným povrchem. Změna oscilační frekvence udává sílu vazby mezi jednotlivými atomy povrchu a vrcholovým atomem hrotu viz obr. 13. Tím je umožněno získat obrázky zkoumaného povrchu (JELÍNEK, 2007). Metoda je nevhodná pro použití v dřevozpracujícím průmyslu. Obr. 13. Schematický obrázek mikroskopu ( 29

29 4 Materiál a metodika Měření bylo provedeno na Univerzitě obrany. Zdejší Katedra strojírenství má moderní laboratoř pro hodnocení morfologie a struktury povrchu materiálů. 4.1 Vzorky Sadu vzorků desek OSB Superfinish Eco třídy OSB/3 pro měření věnovala společnost KRONOSPAN OSB, spol. s r.o. Vzorky mají rozměry mm. Dva jsou v provedení sanded (broušený) a dva v provedení unsanded (nebroušený). Vzhledem k množství bylo nezbytné vymyslet systém značení desek. Při označování bylo třeba počítat i s povrchovou úpravou následující po měření čistých vzorků. Broušené desky nesou označení B1/B2, nebroušené N1/N2. Strany jsou označeny S1/S2. Desky s povrchovou úpravou mají označení A, desky bez ní pak označení N. Například označení vzorku B1-N-S1 znamená broušený vzorek číslo 1, bez povrchové úpravy, strana Popis a charakteristika zařízení Talysurf CLI 1000 Přístroj Talysurf CLI 1000 je vysoce účinným měřícím prostředkem k provádění prostorového hodnocení povrchu s vysokým rozlišením. Zařízení nabízí možnosti měření a analýzy povrchu ve třech osách, s využitím dotykové nebo bezdotykové měřící techniky. Výkonný měřící systém je schopen provádět analýzu dat při hodnocení topografie povrchu profilu řezu (2D) i profilu plochy (3D). Hlavní předností přístroje je univerzálnost jeho použití, která vyplývá z možnosti měřit buď indukčním dotykovým způsobem, nebo bezdotykovým způsobem reprezentovaným konfokálním snímačem CLA (SVOBODA, 2011). Obr. 14. Talysurf CLI 1000 (SVOBODA, 2011) 30

30 Tab. 11. Přehled technických údajů přístroje Talysurf CLI 1000 (SVOBODA, 2011) Typ snímače Rozsah Rozlišení Rychlost snímání max. Indukční * 0,1 mm 2,5 mm 2 nm 40 nm 3 mm/s CLA 750 μm 30 nm 30 mm/s CLA 300 μm 10 nm 30 mm/s * rozsah a rozlišení jsou volitelné, uvedeny jsou minimální a maximální hodnoty Součástí profilometru je firemní software Talymap Platinum, který zpracovává prostorovou charakteristiku povrchu z dat získaných dotykovým i bezdotykovým měřícím systémem profilometru. Program umožňuje několika různými způsoby zobrazit sledovaný povrch včetně axonometrické projekce. Je možné zvětšení celku nebo vybrané části povrchu. Lze provádět rozměrová měření ve třech osách. Práce s programem i vkládání dat k analýze je jednoduché a rychlé. Výsledky probíhající analýzy je možné sledovat on line (NOVÁK, 2007). 4.3 Metodika měření Měření 3D/2D drsnosti povrchu probíhalo na 3D profilometru Talysurf CLI Nejdříve bylo použito konfokálního snímače, protože pracuje až desetkrát rychleji. Po prvním měření bylo zřejmé, že tato metoda je nevhodná. Ve výsledku bylo přibližně 50 % neměřených bodů, z důvodu překročení maximálního výškového rozsahu 750 μm. Bylo nutné použít dotykového indukčního snímače s dotykovým hrotem, který má rozsah měření až 2,5 mm. Tab. 12. Podmínky měření topografie povrchu Snímač Rychlost měření Plocha měření Krok Typ Rozsah vpřed/vzad Dotykový - hrot 2,5 mm mm µm 2 mm.s -1 /3 mm.s -1 Měření bylo provedeno na povrchu vzorků na ploše mm s krokem 20 µm v obou osách. Při jednom měření bylo tedy naměřeno 1250 řezů na ploše s 1250 body v jednom řezu. Celkem bylo na ploše mm zaznamenáno bodů. 31

31 Z provedených měření byly vybrány 3 profily, na kterých bylo provedeno vyhodnocení 2D parametrů drsnosti povrchu. Profily byly označeny postupně čísly 1, 2, 3. Celkem bylo provedeno 16 měření, přičemž každé trvalo přibližně 12 hodin. Obr. 15. Výběr profilů pro 2D hodnocení Vyhodnocení naměřených dat 3D povrchu bylo provedeno programem Talymap Platinum podle standardní metodiky s následujícími kroky: Vyrovnání plochy Levelling vyrovnání plochy podle zvolené oblasti. Odstranění tvaru Form removal odstranění tvaru je prováděno polynomem 3. řádu. Stanovení prahu (pásma) citlivosti Thresholding zahrnutí odpovídajícího spektra dat do analýz; výšková korekce dat získání základní plochy pro stanovení parametrů drsnosti. Zobrazení parametrů 3D zobrazení vybraných parametrů 2D drsnosti povrchu. Filtrace mezi vlnitostí a drsností. Zobrazení plochy drsnosti a vlnitosti. 32

32 Tento postup byl při stanovení 2D parametrů na začátku doplněn o krok: Výběr profilu Extract Profile z naměřené plochy byl náhodně vybrán jeden profil pro další analýzu. (SVOBODA, 2011). Tab. 13. Parametry vyhodnocování povrchu Parametr 2D profil 3D plocha Velikost plochy mm Vyhodnocovaná délka 25 mm Filtr Gaussův Plošný Gaussův Cut off 2,5 mm 2,5 mm Základní délka pro filtraci 2,5 mm Základní plocha pro filtraci 2,5 2,5 mm U vzorků byly vyhodnocovány následující parametry povrchu. 2D parametry drsnosti povrchu Rq průměrná kvadratická úchylka profilu drsnosti [µm] Rz největší výška profilu drsnosti (na základní délce) [µm] 2D parametry vlnitosti povrchu Wq průměrná kvadratická úchylka profilu vlnitosti [µm] Wz největší výška profilu vlnitosti (na základní délce) [µm] 3D Parametry plochy drsnosti Sq R RootMeanSquare (RMS) deviation of the surface průměrná kvadratická odchylka plochy drsnosti [µm] Sdq R RootMeanSquare slope of the surface průměrný kvadratický sklon plochy drsnosti [µm/µm] VvvR Void volume of valleys prázdný objem prohlubní plochy drsnosti [cm 3 /m 2 ] 33

33 3D parametry plochy vlnitosti Sa W Arithmetic mean deviation of the surface průměrná aritmetická úchylka plochy vlnitosti [µm] Sq W Sdq RootMeanSquare (RMS) deviation of the surface průměrná kvadratická (RMS) odchylka plochy vlnitosti [µm] W RootMeanSquare slope of the surface průměrný kvadratický sklon plochy vlnitosti [µm/µm] VvvW Void volume of valleys - prázdný objem prohlubní plochy vlnitosti [cm 3 /m 2 ] 4.4 Povrchová úprava desek před druhým měřením Po prvním měření byly desky opatřeny transparentním lakem. Na stranu 1 byl použit nitrocelulózový lak a na stranu 2 akrylátový vodou ředitelný lak. Nitrocelulózový lak byl aplikován na polévacím zařízení a akrylátový lak byl aplikován stříkáním. Druhá metoda byla použita především proto, že je podstatně rychlejší a také levnější. Bylo očekáváno, že lak vyplní nerovnosti a že dojde ke zlepšení měřených parametrů Polévání Aplikace proběhla na polévacím zařízení BÜRKLE D72250 s pracovní šířkou 400 mm. Zařízení se používá na dokončování plošných dílců. Jeho výhodou je především rovnoměrný nános, kterého je dosaženo pomocí konstantní rychlosti posuvu a pomocí vytvořené lakové clony. Obr. 16. Polévací zařízení BÜRKLE 34

34 Za teploty 22 C byly aplikovány 3 nánosy na stranu 1 s využitím mezibrusu, aby došlo k odstranění lakem zvednutých dřevních vláken. Použit byl brusný papír o zrnitosti 240. Rychlost posuvu činila při prvním nánosu 54 m/min, při druhém a třetím nánosu 40 m/min. Doba schnutí je přibližně 3 hodiny a je následována 48 hodinami klimatizace. Velikosti nánosu na jednotlivé desky a v jednotlivých vrstvách jsou uvedeny v následující tabulce. Nános byl spočítán jako podíl rozdílu hmotnosti (před aplikací a po aplikaci) a plochy vzorku. Tab. 14. Velikosti nánosu při polévání 1. vrstva 2. vrstva 3. vrstva B1-S1 B2-S1 N1-S1 N2-S1 m 0 [g] 265,19 257,98 249,41 266,02 m 1 [g] 269,41 262,04 253,60 270,20 gramáž [g/m 3 ] 138,30 133,05 137,31 136,99 m 0 [g] 265,84 258,56 250,32 266,77 m 1 [g] 270,47 263,03 254,78 271,07 gramáž [g/m 3 ] 151,73 146,49 146,16 140,92 m 0 [g] 266,96 259,58 251,34 268,22 m 1 [g] 271,71 264,21 256,30 272,86 gramáž [g/m 3 ] 155,67 151,73 162,55 152, Stříkání Na druhou stranu vzorků byl použit akrylátový vodou ředitelný lak. Jeho aplikace proběhla stříkáním. Využito bylo elektrické stříkací pistole EXTOL s tryskou o průměru 0,8 mm a nastavením dávkování 100 ml laku za minutu. Stříkání bylo provedeno za teploty 17,9 C. Byly aplikovány tři vrstvy opět s využitím mezibrusu za využití stejného brusného papíru jako v případě polévání. Doba zasýchání mezi aplikací jednotlivých vrstev byla přibližně 30 minut. Velikosti nánosu na jednotlivé desky a v jednotlivých vrstvách jsou uvedeny v následující tabulce. 35

35 Tab. 15. Velikosti nánosu při stříkání 1. vrstva 2. vrstva 3. vrstva B1-S2 B2-S2 N1-S2 N2-S2 m 0 [g] 270,27 262,46 253,86 270,41 m 1 [g] 271,42 263,70 254,94 271,47 gramáž [g/m 3 37,69 ] 40,64 35,39 34,74 m 0 [g] 270,96 263,24 254,54 271,00 m 1 [g] 271,79 264,12 255,54 271,86 gramáž [g/m 3 27,20 ] 28,84 32,77 28,18 m 0 [g] 271,65 264,00 255,39 271,68 m 1 [g] 272,45 264,94 256,43 272,57 gramáž [g/m 3 26,22 ] 30,81 34,08 29,17 36

36 5 Výsledky měření Výstupem měření jsou protokoly ve formátu pdf. Jsou zvlášť pro 2D a 3D vyhodnocení povrchu. V protokolech jsou graficky zobrazeny jednotlivé profily (základní, vlnitosti, drsnosti) i povrch vzorků (základní, vlnitosti, drsnosti) viz obr. 17 až 22. U každého profilu či povrchu je tabulka s měřenými a vypočtenými parametry. Dále je uveden obr. 23, kterým je digitální fotografie povrchu. Obr. 17. Základní profil B2-N-S1 profil 2 Obr. 18. Profil vlnitosti B2-N-S1 profil 2 Obr. 19. Profil drsnosti B2-N-S1 profil 2 37

37 Obr. 20. Základní povrch B2-N-S1 Obr. 21. Povrch drsnosti B2-N-S1 Obr. 22. Povrch drsnosti B2-N-S1 Obr. 23. Fotografie vzorku B2-S1 Na obrázku základního povrchu jsou patrné rýhy vzniklé při broušení i nemalé prohlubně, které jsou na rozhraní třísek. Na obr. 23. jsou rýhy po broušení vidět pouhým okem (fotografie je přibližně 1,5krát zvětšená). Obr. 24. Fotografie vzorku B1-A-S2 Obr. 25. Fotografie vzorku N1-A-S2 38

38 Na fotografiích broušené a nebroušené desky z předchozí strany jsou vidět rozdíly ve struktuře povrchu. Na nebroušeném vzorku jsou zřetelně vidět jednotlivé povrchové třísky, kdežto u broušeného vzorku tomu tak není. Při broušení dochází ke ztenčení povrchových třísek natolik, že začnou prosvítat třísky z nižších vrstev. Přechody mezi třískami už nejsou tolik viditelné. Broušení tedy zásadně ovlivňuje typický vzhled povrchu OSB desek. 5.1 Vyhodnocení 2D parametrů Tab. 16. Naměřené 2D parametry drsnosti a vlnitosti desky parametry profilu drsnosti parametry profilu vlnitosti Rq [µm] Rz [µm] Wq [µm] Wz [µm] Broušené bez PÚ 10,43 49,68 15,19 26,10 Nebroušené bez PÚ 10,82 46,12 22,24 36,63 Broušené s PÚ 4,61 21,12 7,49 12,87 Nebroušené s PÚ 7,61 31,51 22,30 32,77 12,00 10,43 10,82 Rq [µm] 10,00 8,00 6,00 4,00 4,61 7,61 S PÚ Bez PÚ 2,00 Bez PÚ 0,00 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 26. Parametr průměrná kvadratická úchylka profilu drsnosti 39

39 50,00 49,68 46,12 Rz [µm] 40,00 30,00 20,00 21,12 31,51 S PÚ Bez PÚ 10,00 Bez PÚ 0,00 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 27. Parametr největší výška profilu drsnosti 25,00 20,00 15,19 22,24 22,30 Wq [µm] 15,00 10,00 7,49 S PÚ Bez PÚ 5,00 Bez PÚ 0,00 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 28. Parametr průměrná kvadratická úchylka profilu vlnitosti 40,00 30,00 26,10 32,77 36,63 Wz [µm] 20,00 10,00 12,87 Bez PÚ S PÚ Bez PÚ 0,00 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 29. Parametr největší výška profilu vlnitosti 40

40 5.2 Vyhodnocení 3D parametrů Tab. 17. Naměřené 3D parametry drsnosti a vlnitosti desky parametry plochy drsnosti Sq R [µm] SdqR [µm/µm] VvvR [cm 3 /m 2 ] SaW [µm] parametry plochy vlnitosti SqW [µm] SdqW [µm/µm] VvvW [cm 3 /m 2 ] Broušené bez PÚ 28,50 0,3360 4,76 18,45 35,33 0,0470 7,21 Nebroušené bez PÚ 32,95 0,3508 6,70 28,24 45,85 0,0597 9,87 Broušené s PÚ 20,98 0,2082 3,70 19,33 34,68 0,0415 7,22 Nebroušené s PÚ 28,11 0,2464 5,60 28,67 45,62 0,0566 9,46 SqR [µm] 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 20,98 Broušené 32,95 28,50 28,11 Nebroušené S PÚ Bez PÚ S PÚ Bez PÚ Obr. 30. Parametr průměrná kvadratická odchylka plochy drsnosti 0,4000 0,3360 0,3508 SdqR [µm/µm] 0,3000 0,2000 0,1000 0,2082 0,2464 Bez PÚ S PÚ Bez PÚ 0,0000 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 31. Parametr průměrný kvadratický sklon plochy drsnosti 41

41 6,70 7,00 6,00 4,76 5,60 VvvR [cm3/m2] 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 3,70 Bez PÚ S PÚ Bez PÚ 0,00 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 32. Parametr prázdný objem prohlubní plochy drsnosti ,33 18,45 28,24 28,67 SaW [µm] S PÚ Bez PÚ 5 Bez PÚ 0 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 33. Parametr průměrná aritmetická úchylka plochy vlnitosti ,68 35,33 45,85 45,62 SqW [µm] S PÚ Bez PÚ 10 Bez PÚ 0 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 34. Parametr průměrná kvadratická úchylka plochy vlnitosti 42

42 0,0597 0,0600 0,0470 0,0566 0,0500 0,0415 SdqW [µm/µm] 0,0400 0,0300 0,0200 0,0100 Bez PÚ S PÚ Bez PÚ 0,0000 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 35. Parametr průměrný kvadratický sklon plochy vlnitosti 9,87 VvvW [cm3/m2] ,22 7,21 9,46 Bez PÚ S PÚ Bez PÚ 0 Broušené Nebroušené S PÚ Obr. 36. Parametr prázdný objem prohlubní plochy vlnitosti 43

43 6 Diskuse 2D parametry byly získány tak, že byly vybrány 3 profily z měřeného povrchu každého vzorku. Při pohledu na obr. 26, který obsahuje parametr Rq, je vidět výraznější rozdíl mezi deskami s povrchovou úpravou a bez ní než u broušených a nebroušených desek. U desek N-N je hodnota 10,82 µm, u desek B-N 10,43 µm. Byl očekáván větší rozdíl, avšak hodnoty parametru jsou ovlivněny samotným výběrem profilů. Struktura povrchu je náhodná a profily mohou a nemusí zahrnovat místa přechodů třísek, které zásadně ovlivňují drsnost povrchu. U desek B-A je parametr Rq nižší oproti B-N o 55,8 % tedy 4,61 µm. U desek N-A je Rq 7,61 µm. Hodnota je nižší o 29,7 % oproti N-N. Parametr největší výška profilu drsnosti Rz je u B-N 49,68 µm, B-A 21,12 µm, N-N 46,12 µm, N-A 31,51 µm. Tento parametr poukazuje pouze na amplitudu drsnosti na vybraných profilech, proto je možné že u B-N vyšel o 7,2 % vyšší než u N-N. Povrchová úprava však parametr Rz výrazně snížila, průměrně o 47 %. Parametry profilu vlnitosti zohledňuje spíše makronerovnosti. Bylo možné očekávat větší rozdíl mezi broušenými a nebroušenými deskami a menší rozdíl mezi lakovanými a nelakovanými deskami. Parametr Wq vyšel u B-N 15,19 µm, N-N 22,30 µm, B-A 7,49 µm a N-A 22,30 µm. Je možné vidět, že u N-N a N-A je hodnota téměř totožná. U desek B-N a B-A je rozdíl přibližně 50 %. Může to být způsobeno tím, že u broušených desek došlo k částečnému vyplnění prohlubní lakem a u nebroušených desek lak kopíruje povrch. Tentýž charakter vykazuje parametr Wz, kde jednotlivé hodnoty jsou B-A 12,87 µm, B-N 26,10 µm, N-A 32,77µm a N-N 36,63 µm. Lepší vypovídací schopnost o povrchu OSB desek mají 3D parametry, které byly naměřeny na ploše 6,25 cm 2. Základní parametr Sq R průměrná kvadratická odchylka plochy drsnosti vyšel podle očekávání nejlépe u desek B-A 20,98 µm. U desek B-N je 28,50 µm, N-A 28,11 µm a N-N 32,95 µm. Rozdíl mezi B-N a N-N je 13,5 % a mezi B-A a N-A je 25 %. Aplikací nátěrové hmoty došlo ke snížení Sq R v průměru o 19 %. Další parametr průměrný kvadratický sklon plochy drsnosti Sdq R má vliv na celou řadu vlastností povrchu jako je tření, deformovatelnost nebo schopnost odrážet světelné paprsky. Broušené a nebroušené desky vykazují obdobné hodnoty, konkrétně B-N 0,3360 µm/µm a N-N 0,3508 µm/µm. U desek B-A je hodnota 0,2082 µm/µm a N-A 0,2464 µm/µm. Parametr je v průměru o 36 % nižší u desek s povrchovou úpravou. Následujícím parametrem je prázdný objem prohlubní plochy drsnosti Vvv R. 44

44 Hodnota Vvv R může ovlivnit nasáklivost desky a tím spotřebu nátěrové hmoty nebo lepidla. U B-N je jeho hodnota 4,76 cm 3 /m 2, N-N 6,70 cm 3 /m 2, B-A 3,70 cm 3 /m 2 a N-A 5,60 cm 3 /m 2. U broušených desek je hodnota podle o 34 % nižší než u broušených. Po aplikaci laku došlo ke snížení Vvv R v průměru o 19 %. Dalším z řady parametrů je průměrná aritmetická úchylka plochy vlnitosti. Dosáhla následujících hodnot: B-N 18,45 µm, N-N 28,24 µm, B-A 19,33 µm a N-A 28,67 µm. Povrchová úprava nikterak neovlivnila tento parametr, avšak hodnoty u broušených a nebroušených desek se liší o 33,5 %. Následující parametr průměrná kvadratická úchylka plochy vlnitosti má u desek s PÚ podobné hodnoty jako u desek bez PÚ. SqW je u B-N 35,33 µm, N-N 45,85 µm, B-A 34,68 µm a N-A 45,62 µm. Rozdíl mezi broušenými a nebroušenými deskami je 23,5 %. Parametr průměrný kvadratický sklon plochy vlnitosti Sdq W má obdobný vliv na vlastnosti povrchu jako Sdq R a nabývá hodnot u B-N 0,0470 µm/µm, N-N 0,0597 µm/µm, B-A 0,0415 µm/µm a N-A 0,0566 µm/µm. Rozdíl mezi broušenými a nebroušenými deskami je 24 %. Posledním hodnoceným parametrem je prázdný objem prohlubní plochy vlnitosti Vvv W. Hodnoty u desek s PÚ a bez PÚ jsou velice podobné. Hodnota parametru u desek B-N je 7,21 cm 3 /m 2, B-A 7,22 cm 3 /m 2, N-N 9,87 cm 3 /m 2 N-A 9,46 cm 3 /m 2. Rozdíl mezi broušenými a nebroušenými deskami je v průměru 24,5 %. 45

45 7 Závěr Z výsledků lze konstatovat, že měření splnila stanovený cíl práce a předpokládané očekávání. Broušené desky mají lepší parametry povrchu než nebroušené, ale rozdíl mezi nimi není nikterak výrazný. I přes poměrně malý počet vzorků, které byly dány k analýze, se lze domnívat, že obdobné diference budou vykazovat i ostatní vyráběné OSB desky. Lze doporučit nákup pouze nebroušených desek, které jsou levnější. Pro běžné účely je jejich povrch dostačující. Pokud chce někdo použít OSB desky na pohledové plochy interiéru (stěny, podlahy, nábytek a jiné stavebně truhlářské výrobky) a koupí si desky broušené musí je stejně dodatečně brousit brusným papírem s vyšší zrnitostí (zbavení nečistot po transportu, nevzhledný rýhovaný povrch). Je tedy vhodnější nakoupit desky nebroušené a ušetřené prostředky použít na kvalitnější broušení ve vlastní režii. Existuje možnost pokračovat v měření, ale je nutné zásadně pozměnit metodiku. Jedná se především o změnu pohledu na vzorky. Podstatou již nebude zjišťovat rozdíly kvality povrchu mezi nebroušenými a průmyslově broušenými deskami. Bude nutné vyrobit vlastní broušené vzorky, které budou broušeny různými zrnitostmi brusného papíru (č. 80, 120, 180 a 240). Dále bude třeba zvážit zvětšení měřené plochy na mm (maximální hodnota přístroje Talysurf CLI 1000) a snížení rozlišení měření, tedy zvýšení kroku měření vzhledem ke kvalitě a rychlosti měření. Je vhodné vyhodnocovat pouze 3D parametry, protože 2D parametry mají vzhledem k charakteru OSB desek nižší vypovídací schopnosti. 46

46 8 Summary The main aim of this bachelor s thesis was to compare surface quality of sanded and unsanded OSB. Measurements were performed on the profilometer Talysurf CLI 1000 using contact method. The results point to differences between both types of OSB. Sanded OSB have better roughness and waviness parameters but not to much. Despite the relatively small number of samples that were given to the analysis, it can be assumed that similar differences will show OSB boards in general. It can be recommended to buy only sanded OSB, that are cheaper. If somebody wanted to use OSB on the visible interior surfaces (walls, floors, furniture and other joinery products) and bought sanded OSB, he would have to additionally grind them. Sanded OSB are too rough for surface finish. There is a possibility to continue in the experiment but it is necessary to completely change the methodology. Own samples have to be manufactured and then ground with the sandpaper of different graininess. The principle consists in comparison of OSB with different surfaces. It is necessary to widen the measured area to 10 cm 2 and to assess only 3D surface parameters. 47

47 9 Seznam použité literatury Literatura: Archiv Mendelovy univerzity v Brně, fond Diplomové práce, Jaroslav Havlík, Studie závodu na výrobu dřevotřískových desek typu OSB, Brno 1999, sign. L 97/99. ČSN EN ISO Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Termíny, definice a parametry struktury povrchu. Český normalizační institut, 1999, 24 s. Třídící znak ČSN EN 300. Desky z orientovaných plochých třísek (OSB) - Definice, klasifikace a požadavky. Český normalizační institut, 2006, 20 s. Třídící znak GAFF, Milan a Jozef GÁBORÍK. Vlastnosti povrchu dreva modifikovaného reliéfováním. Technická univerzita vo Zvolene, 2009, 81 s. ISBN HRÁZSKÝ, Jaroslav a Pavel KRÁL. Kompozitní materiály na bázi dřeva. Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, s. ISBN HRÁZSKÝ, Jaroslav a Pavel KRÁL. Optimization of a pressing diagram in OSB pressing. Drvna industrija. 2011, sv. 62, č. 1, s ISSN: NOVÁK, Zdeněk. PROSTOROVÉ MĚŘENÍ A HODNOCENÍ TEXTURY POVRCHU PŘÍSTROJI TAYLOR HOBSON Ltd. Brno: IMECO TH, 2007, 17 s. SVATOŠ, Michal. KVALITA POVRCHU PŘI FRÉZOVÁNÍ. Brno, Bakalářská práce. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. SVOBODA, Emil. Podmínky měření na Talysurf CLI Brno, UHLÍŘ, Pavel. KVALITA POVRCHU PŘI VYSOKORYCHLOSTNÍM FRÉZOVÁNÍ. Brno, Diplomová práce. Mendelova univerzita v Brně, Lesnická a dřevařská fakulta. 48