MENDELOVA UNIVERSITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ

MENDELOVA UNIVERSITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NAUKY O DŘEVĚ POROVNÁNÍ VYBRANÝCH VLASTNOSTÍ BĚLOVÉHO DŘEVA A DŘEVA NEPRAVÉHO JÁDRA BUKU bakalářská práce Brno 2011 Jan Pouchanič

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma,, Porovnání vybraných vlastností bělového dřeva a dřeva nepravého jádra buku zpracovával sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Dále souhlasím, aby moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy university v Brně, případně zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. zavazuji se, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou či subjektem si vyžádám písemné stanovisko university o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy university a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně dne. podpis 1

Poděkování: Velké poděkování patří vedoucímu mé bakalářské práce panu doc. Dr. Ing. Petru Horáčkovi za odborné vedení, pomoc při plnění úkolů, poskytnuté rady a mnoho věnovaného času. Také bych chtěl poděkovat všem, kteří mě v průběhu studia podporovali, pomáhali mi a sdíleli se mnou vše, co s sebou studium přineslo. 2

Jan Pouchanič Porovnání vybraných vlastností bělového dřeva a dřeva nepravého jádra buku Abstrakt Nepravé jádro bukového dřeva se v dřevozpracujícím průmyslu považuje za vadu a snižuje tak výtěžnost materiálu, čímž navyšuje cenu konečného výrobku. Již samotný markantní rozdíl v barvě oproti běli naznačuje, že se jedná o části kmene s odlišnými vlastnostmi. Práce se zabývá porovnáním vybraných fyzikálních a mechanických vlastností dřeva v zóně nepravého jádra a dřeva bělového buku. Pro zjištění daných vlastností byla vyrobena zkušební tělíska vyhovující daným zkušebním normám. Byly naměřeny hodnoty, zpracované na tabulkovém procesoru, statisticky vyhodnoceny mezi sebou a porovnány s dostupnými literárními zdroji. Z fyzikálních vlastností byla zkoumána hustota a rozměrová stálost při změně vlhkosti. Z mechanických vlastností to byl modul pružnosti a mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny. Všechny zkoumané vlastnosti vykazovali mezi jednotlivými soubory statisticky významné odlišnosti. Výsledky ukazují, že nepravé jádro buku má oproti běli vyšší hustotu, rozměrové vlhkostní změny, mez pevnosti v tlaku ve směru vláken a poměrnou deformaci při tlaku ve směru vláken. Naopak je tomu pouze u modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken. Klíčová slova: Buk lesní, nepravé jádro, fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva 3

Jan Pouchanič Comparison of selected properties of normal wood and false core wood of beech Abstract Wood technology industry considers false core of beech as defective, what decreases mass yield and increases price of final product. Visible colour difference between false core and normal beech wood indicates two parts of wood with differences properties. This Thesis deals with comparison of selected physical and mechanical properties of false core wood and normal wood of beech. There were made trial objects with special properties for measurement of the properties. There measured values were processed in a spreadsheet program and statistically evaluated, compared with each other and with literary works available. As for investigated physical properties the density and humidity dimension stability were measured. As for investigated mechanical properties the module of elasticity parallel to grain and compression parallel to grain. All investigated properties have showed statistically important differences between false core file and normal wood file. Results show that beech false core has bigger density, humidity dimension changes, compression parallel to grain and relative deformation parallel to grain. False core has only smaller module of elasticity parallel to grain. Key words: Beech, beech false core, physical a mechanical wood properties 4

Obsah 1. Úvod... 8 2. Cíl práce... 9 3. Literární přehled... 10 3.1 Charakteristika dřeviny... 10 3.2 Struktura bukového dřeva... 11 3.3 Makroskopická stavba buku... 12 3.3.1 Běl... 12 3.3.2 Vyzrálé dřevo... 12 3.3.3 Nepravé jádro... 12 3.4 Mikroskopická stavba buku... 15 3.4.1 Zvláštnosti běle... 16 3.4.2 Anatomická struktura nepravého jádra... 16 3.5 Vlastnosti bukového dřeva... 18 3.5.1 Fyzikální vlastnosti... 19 3.5.2 Mechanické vlastnosti... 21 4. Materiál a metodika... 23 4.1 Výroba vzorků... 23 4.1.1 Popis jednotlivých operací... 24 4.2 Zjišťování fyzikálních vlastností... 26 4.2.1 Měření hustoty... 26 4.2.2 Měření sesychání... 27 4.3. Zjišťování mechanických vlastností... 29 4.3.1 Měření meze pevnosti a modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken... 29 4.4 Statistické vyhodnocení... 31 4.4.1 Aritmetický průměr... 31 5

4.4.2 Směrodatná odchylka... 32 4.4.3 Variační koeficient... 32 4.4.4 T-testy středních hodnot... 32 4.4.5 Korelační a regresní analýza... 32 5. výsledky... 33 5.1 Výsledky fyzikálních vlastností... 33 5.1.1 Hustota... 33 5.1.2 Radiální sesychání... 34 5.1.3 Tangenciální sesychání... 35 5.1.4 Podélné sesychání... 36 5.1.5 Objemové sesychání... 37 5.1.6 Koeficient radiálního sesychání... 39 5.1.7 Koeficient tangenciálního sesychání... 40 5.1.8 Koeficient objemového sesychání... 41 5.2 Výsledky mechanických vlastností... 42 5.2.1 Mez pevnosti v tlaku ve směru vláken... 43 5.2.2 Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken... 44 5.2.3 Maximální deformace při tlaku ve směru vláken... 46 5.3 Zjišťování závislostí... 47 5.3.1 Zjišťování závislosti objemového sesychání na hustotě... 47 5.3.2 Zjišťování závislosti meze pevnosti v tlaku ve směru vláken na hustotě... 48 6. diskuse... 49 6.1 Hustota... 49 6.2 Vlhkostní rozměrové změny... 50 6.3 Mez pevnosti, modul pružnosti a deformace v tlaku ve směru vláken... 51 6.4 Závislosti... 52 7. Závěr... 53 6

8. Summary... Chyba! Záložka není definována. 9. Použitá literatura... 57 10. přílohy... 59 10.1 Obrázková příloha... 59 10.2 Naměřené hodnoty... 61 7

1. ÚVOD Buk je průmyslovou velmi využívanou dřevinou, poskytující dřevo tvrdé, pevné, houževnaté s dobrými zpracovatelskými vlastnostmi, vhodnými pro široké spektrum použití. Mnohé z jeho vlastností převyšují vlastnosti našich běžných dřevin. Přes všechny jeho výhody doprovází bukové dříví i mnoho nežádaných jevů snižujících možnost využití suroviny. Jednou z nejvýznamnějších nevýhod je tvorba tzv. nepravého jádra, které je v praxi chápáno jako vada snižující kvalitu vstupního sortimentu do výroby a tím i výtěžnost. Problematika nepravého jádra je dosti rozšířená a již v dávné minulosti se s ní zabývalo mnoho autorů. Úplné počátky jeho studia spadají do doby 1. poloviny 19 stol., kdy o bukovém dřevě hovoří Hartig a jiní autoři té doby. Největší rozvoj ovšem spadá do doby 30. let 20. stol., do doby krátce po hromadném vzniku tzv. mrazového nepravého jádra. Každá doba při tom přinesla nové poznatky v závislosti na nových metodách a možnostech výzkumu. První kroky jeho studia jsou ve znamení zjišťování struktury a podmínek tvorby. Teprve s rostoucím uplatňováním a průmyslovým zpracováním buku začátkem 20. stol. se dostává do popředí zájem o studium fyzikálních, mechanických a zejména technologických vlastností. Veškeré snahy směřují k rozvoji jeho zpracování a vhodnému způsobu použití. Rostoucí obliba zpracování bukového dřeva na pražce přinesla také otázku odolnosti běle buku a jeho nepravého jádra vůči degradujícím činitelům. Tento směr si výzkum zachoval i po masivním vzniku tzv. mrazového nepravého jádra ve 30. letech 20. století. V době 2. světové války se zvyšuje spotřeba dřeva a výzkum nabývá soustavnějšího charakteru. Opět se vědci pokouší novými způsoby osvětlit vznik nepravého jádra a prověřují i vlastnosti. Bylo také zjištěno mnoho poznatků o chemickém složení. V neposlední řadě věnují autoři čím dál větší pozornost závislosti frekvence výskytu a velikosti nepravého jádra buku na věku porostu či velikosti oddenkového výřezu a snaží se vznik nepravého jádra eliminovat. Nutno říci, že všechny vyjmenované oblasti výzkumu neprobíhaly,,izolovaně v určitých časových intervalech, ale postupem času se plynule rozvíjely, vzájemně prolínaly, a jedna druhou ovlivňovaly. Ačkoli vznik, frekvence výskytu, struktura a stavba nepravého jádra buku je v literatuře dobře popsána, vědecké literatury o jeho mechanických a fyzikálních vlastnostech je znatelně méně. 8

2. CÍL PRÁCE Práce si klade za cíl analyzovat vybrané vlastnosti nepravého jádra a bělového dřeva buku lesního na vlastních tělískách. Naměřené hodnoty porovnat mezi sebou a mezi dostupnými literárními prameny a případné odlišnosti či shody ve zjištěných vlastnostech prodiskutovat v souvislosti s využitím bukového dřeva v praxi. Z fyzikálních vlastností se bude porovnávat hustota a koeficient sesychání. Z mechanických vlastností je to pak pevnost a pružnost dřeva v tlaku rovnoběžně s vlákny. Výsledky budou statisticky zpracovány a vyhodnoceny s pomocí statistického programu STATISTICA a MICROSOFT OFFICE EXCEL 2007.. 9

3. LITERÁRNÍ PŘEHLED 3.1 Charakteristika dřeviny Buk lesní (Fagus sylvatica L.) je rozšířen po celé České republice, kde zaujímá 187 027 ha. Tato hodnota představuje 7,21% celkové výměry lesů v ČR (údaje pro rok 2009). Do budoucna při tom lesníci plánují zvýšení podílu buku na 18% oproti přirozené skladbě, kde představuje 40%. Při pohledu do statistiky zjistíme, že podíl buku v našich lesích neustále roste např. oproti roku 2000 kde je 6%, což může svědčit o oblíbenosti tohoto porostu ze strany lesníků. Zvýšením podílu buku ze 7 na 18%, ale může nastat určitý problém s jeho zpracováním. Dřevařský průmysl ČR je orientován hlavně na zpracování jehličnatého dřeva a většina BK dříví se již dnes stává papírenskou štěpkou, či dokonce palivem. Zde se dostáváme do rozporu, zda budoucí zvýšení podílu buku bude ideální i z dřevařského pohledu. Výše celkové roční těžby buku pro rok 2009 byl 636 752 m 3 b.k. a tato surovina se dále zpracovává. Školní lesní podnik Masaryků les Křtiny, odkud pocházejí zkušební vzorky, má v současné době rozlohu lesních pozemků 10 200 ha. Nachází se v oblasti bezprostředně navazující na severní okraj jihomoravské metropole Brna, sahající až k městu Blansku. Zastoupení bukového porostu je zde 29,2% a roční těžby se v průměru pohybují okolo 17 000 m 3. Svojí kvalitou připadá 10 000 m 3 na kulatinové sortimenty, 7 000 m 3 pak na vlákninu. Bukové dříví je díky svým příznivým vlastnostem mnohostranně využitelné. O způsobu využití však rozhoduje hlavně jakost, určena mimo jiné i výskytem nepravého jádra. Z pilařské výroby se zpracovává na truhlářské řezivo (fošny prkna) a pražce. Výrobou BK řeziva se v ČR zabývá pila Olomoučany, která ročně zpracovává okolo 9000 m 3 kulatiny a průměrně vyrobí 5400m 3 řeziva. Z dýhárenského zpracování se bukové dříví využívá zejména na výrobu loupané dýhy pro překližkárenský průmysl. Vyrábí se zejména celobukové překližky multiplex apod. Největším výrobcem bukových překližek v ČR je Dyas a.s.. Ročně zpracovává 30 tis. m 3 BK kulatiny a vyrobí 10 tis. m 3 celobukových překližek. Vyrábí se také krájené dýhy určené pro dýhování. V nábytkářství se buk pro své vlastnosti používá zejména na ohýbaný nábytek. Výrobou ohýbaného nábytku se zabývá společnost TON a.s. Ta ovšem do své výroby nakupuje připravené hranolky zejména ze zahraničí. 10

Oblast aglomerovaných materiálů dává možnost využití bukového odpadového materiálu. Celobukové DTD (tzv. bukasky) mají vyšší objemovou hmotnost. V současné době je vyrábí skupina Krono. Díky své vysoké objemové hmotnosti poskytuje vyšší množství dřevné hmoty na jednotku objemu, což se kladně projeví v celulosopapírenském průmyslu. Největším zpracovatelem papírenské štěpky je MONDI Pulp&Paper závod Štětí. V neposlední řadě je bukové dříví cenným zdrojem chemických látek (při zpracování v retortách: aceton, dehet, líh apod.), dřevěného uhlí, je vhodné pro hydrolýzu a také se používá jako kvalitní palivové dřevo. 3.2 Struktura bukového dřeva Jak již bylo řečeno, buk je naší důležitou hospodářskou dřevinou. Jeho vlastnosti v mnohém převyšují vlastnosti jiných našich hospodářsky významných dřev. Vyniká nejen v pevnosti, ale také ve své struktuře, která je v rámci ostatních dřev velmi homogenní, čímž dává jeho specifickým vlastnostem (např. při ohýbání). Buk se řadí do dvou skupin: 1) dřeva bělová s vyzrálým dřevem, 2) dřeva s výskytem nepravého jádra (podle Šlezingerová, Gandelová 2005). Na jeho kmenech tedy můžeme pozorovat tři navzájem odlišné části kmene: běl, nepravé jádro (NJ) a vyzrálé dřevo, z nichž se běl a vyzrálé dřevo vyskytuje vždy. Nepravé jádro je pak útvar dosti rozmanitý a nepravidelný. Vytváří se v zóně vyzrálého dřeva (zřídkakdy kdy přesáhne jeho zónu) a v případě tzv. zdravého NJ je považováno za vadu nenormálního zbarvení. Jiný případ nastává, vyskytuje-li se v NJ hniloba. Pak je považováno za vadu struktury dřeva. U dřevin s pravým jádrem jaderní letokruhy pravidelně v celém svém rozsahu a postupně už několik let po jejich vytvoření. Buk tvoří jádro mnohem později a většinou nepravidelně s proměnlivou frekvencí výskytu, různým tvarem a velikostí. Ohraničení jádra (marginální linie) u buku s nepravým jádrem je jevem pravidelným, nebo téměř vždy pravidelným, což odporuje jádrům pravým, u nichž se ohraničení nikdy nevyskytuje. Dalším charakteristickým prvkem je uložení jádrových látek, jež neimpregnují buněčné stěny jsou uloženy v lumenech buněk. Všechny tyto rozdíly mezi jádrem buku a tzv. pravým jádrem např. dubu nám znemožňují hovořit o jádře buku jako pravém, ale zásadně ho nazýváme jádrem nepravým (dále NJ). Blíže o struktuře a stavbě buku pojednávají následující kapitoly. 11

3.3 Makroskopická stavba buku Buk je typickou roztroušeně pórovitou listnatou dřevinou s poměrně dobře zřetelnými letokruhy. 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) 3.3.1 Běl Běl buku je umístěná na okraji kmene a má na čerstvém řezu žlutobílou barvu. S postupným vysycháním se jeho barva mění na světlou červenohnědou až narůžovělou barvu. Kromě světlejší barvy je charakteristická vyšší vlhkostí (70-100%) v rostoucím či čerstvě skáceném stromě, zapříčiněná dobrou průchodností vodivých buněk. Charakteristické pro běl je také přítomnost živých parenchymatických buněk dřeňových paprsků a axiálního dřevního parenchymu. Tyto buňky mají funkci zásobní (škrob). 3.3.2 Vyzrálé dřevo Vyzrálé dřevo je typickým znakem bukového kmene. Lze ho pozorovat pouze na čerstvě skáceném stromě na příčném řezu. Oproti běli je světlejší, protože obsahuje podstatně méně vody (v čerstvě skáceném stromě má vlhkost 50-80%). Nižší vlhkost umožňuje větší průnik vzduchu do poškozeného kmene a započne tak tvorba NJ. Po srovnání obou vlhkostí se barevný rozdíl vyrovná. Vyzrálé dřevo vzniká stejným procesem zjadrnění jako jádro a má všechny jeho znaky (v Šlezingerová, Gandelová 2005). U Buku se začíná tvořit ve věku 30-50 let. Podle Požgaje (1993) existuje závislost mezi šířkou koruny, velikostí transpiračního proudu a velikostí vyzrálého dřeva. Račko a Čunderlík (2010) zjistili rostoucí velikost NJ s velikostí vyzrálého dřeva. 3.3.3 Nepravé jádro Jádrem je označená vnitřní centrální část kmene, tmavší barvy a malé či žádné propustnosti způsobené zathylováním (viz. níže). S malou propustností souvisí i nižší vlhkost. Na rozdíl od běle nejsou parenchymatické buňky v zóně jádra živé a nezachovávají si svůj živý obsah. Rozdíl v barvě mezi bělí a jádrem je zvýrazňován tmavší hranicí označenou jako hraniční čára nebo marginální linie. Díky ní můžeme pozorovat vnitřní část u jednoduchého NJ. Na příčných řezech lze pak pozorovat nepravidelnost tvaru vytvořeného více okrouhlými plochami či s různými nepravidelnými výběžky. Taková jádra s vnitřními kresbami jsou 12

soubory jednoduchých NJ nazývaná jádra složená. V podélných řezech probíhají více méně rovnoběžně s osou kmene. Barva NJ i hraniční čáry je velmi variabilní. Lze najít hraniční čáry od nevýrazných až po barvy červenohnědé, hnědočerné po odstíny zelenošedé atd.. Běžným typem ohraničení je hnědočervená hraniční čára. V každém případě hraničící čára je vždy temnější než jádro. Barva tzv. zdravého NJ je na čerstvém řezu červenohnědá. Oxidací tříslovin zbarvení šedne. Gorczynski (v Nečesaný 1958) označuje barvu jader složených a mrazových jako červenošedou až bronzově šedou. 3.3.3.1 Tvary nepravého jádra Tvary bukového jádra jsou velmi mnohotvárné. Thomann (1935) v Nečesaný (1958) rozeznává vedle jednoduchého či složeného okrouhlého také zubaté, jež je okrouhlým jádrem se zubovitými výběžky a jádro s plamencovitými výběžky. Šlezingerová,Gandelová (2008) uvádí tvary následující: okrouhlá jednoduchá, okrouhlá dvojitá (1 či více okrouhlých ploch), okrouhlá mramorová (různé množství nepravidelných jader), paprskovitá či hvězdicovitá (okrouhlá s výběžky), plamencová (s radiálně orientovanými výběžky). Obr.1: Typy nepravých jader podle Mahlera a Howeckého(1991) 3.3.3.2 Rozsah a výskyt nepravého jádra Průměr NJ na příčném řezu se považuje za ukazatel rozsahu NJ v kmeni. Nejmenší rozsah podle Nečesaného (1958) má malé červené jádro, které zaujímá středový válec o průměru max. 20cm. Značná variabilita hodnot je naproti tomu u mrazového, dvojčlenného a mosaikového. Jako věkovou hranici počátku vzniku NJ buku označuje Vakin a spol.(1954) věk 60 let, Žumer 60-80 let v Nečesaný (1958). U nás se výskytem nepravého jádra zabýval Ondráček (2000). Prováděl měření výskytu jádra buku v oblasti školního lesního podniku,,masarykův les Křtiny. Dospěl k závěru, že četnost výskytu a velikost se zvyšuje s přibývajícím věkem porostu (a tedy i 13

s větší tloušťkou výřezů). Také zjistil, že s přibývajícím věkem docházelo ke změně typu jádra. V mladých porostech dominovala jednoduchá, v porostech starých jsou hlavně složená. Také podíl hniloby v nepravém jádře roste s věkem. Uvádí tyto výsledky: 1. stáří porostu: 60-72 let: výskyt jádra je u 25-32% výřezů. Převažují jednoduchá - okrouhlá,plamencová. Výskyt hniloby je do 2%. 2. stáří porostu: 93-96 let: zastoupení je 60-67%. Dosud převládají jednoduchá jádra. 3. V nejstarších porostech 126-155 let zjistil zastoupení NJ přesahující 80%. Narostl podíl složených NJ. Výskyt hniloby je 5-22%. Dalším zjištěním byla závislost velikosti NJ na tloušťce výřezu. Jeho regresní přímka má tvar Y=1,8645x-0,1635 a tato závislost je vyjádřena ze 77%. K velmi podobným výsledkům dospěli také Suchomel a Gejdoš (2010), kteří zkoumali velikost NJ vzhledem k tloušťce výřezu v oblasti VšLP Technické university ve Zvoleně. 3.3.3.3 Vznik a vývoj nepravého jádra buku Vznik nepravého jádra u buku je podmíněný v zásadě dvěma hlavními faktory: přítomností vyzrálého dřeva a vniknutím vzduchu do struktury dřeva. Absence jednoho z těchto dvou faktorů znemožňuje jeho tvorbu. Poranění kmene nebo větve stromu je primární příčinou, která způsobí vnikání vzduchu do kmenu stromu. Kyslík obsažený ve vzduchu způsobí oxidaci rozpustných uhlovodíků a škrobu v živých nebo částečně odumřelých parenchymatických buňkách, přičemž vznikají hnědě zbarvené polyfenolické sloučeniny, které pronikají do sousedních pletiv a zbarvují je Bauch a Koch (2001) v Račko, Čunderlík (2010). Zároveň přes ztenčeniny mezi parenchymatickými buňkami a cévami vrůstají z parenchymatických buněk do cév thyly, které je ucpávají. Takové pletivo je jen velmi málo propustné pro tekutiny a mnozí autoři tak NJ buku chápou, jako ochranné pletivo zamezující vzniku či rozvoji hyf hub. Druhým procesem vzniku NJ je snížení vitality parenchymatických buněk hlavně v dřeňových paprscích, které je podmíněné působením extrémně nízkých teplot. Důkazem je masivní vznik NJ při velmi tuhých zimách 1928-1929 ve Středné Evropě a 1941-1942 v Dánsku a jižním Švédsku. Ty vyvolali vznik jádra bez vnějšího poranění kmene (mrazové trhliny). 14

Na Vznik NJ mají vliv hlavně klimatické podmínky, které ovlivňují vitalitu buněk, přičemž oslabené parenchymatické buňky snadněji podléhají oxidaci. Ve všech případech vzniku se jedná o fysiologický proces reakce živých buněk ve dřevě na rušivý element. 3.4 Mikroskopická stavba buku Dřevo buku je složeno ze všech buněčných typů vyskytující se v listnatém dřevě. Ze základních to jsou cévy, libriformní vlákna a parenchymatické buňky. Z přechodných typů to je hlavně vláknitá tracheida. Cévy jsou hlavními vodivými elementy. V rámci letokruhu jejich počet na vnější straně (letní dřevo) ubývá. Při tom se také zmenšuje jejich průměr. Greguss (1945) v Nečesaný (1958) udává, že průměr cév buku je 20-90 µm a v jarním dřevě je přibližně 3x větší než ve dřevě letním. Další odlišnosti sledujeme v rámci poloměru kmene. Zde jsou názorné hodnoty zjištěné Hartigem (1888) v Nečesaný (1958). Ten zjistil, že podíl cév směrem od dřeně k obvodu roste. Stejně tak roste i velikost průměru cév. Uvádí, že do 30 letokruhu od dřeně je podíl cév 17% (to představuje 85 cév/mm 2 ) a jejich plocha je 0,002 mm 2. Cévy v 90-120. letokruhu mají podíl 47% (135cév/ mm 2 ) a jejich plocha je 0,0035 mm 2. Podle Nečesaného (1958) se průměrná délka článků pohybuje od 350 do 800 µm, přičemž je nepřímo úměrná šířce cévy. V místě styku cév s ostatními elementy jsou vyvinuty dvojtečky. Perforace mezi jednotlivými články jsou jednoduché i žebříčkovité, přičemž jednoduché převažují v jarních a žebříčkovité v letních cévách. Mechanickou funkci zajišťují protáhlé tlustostěnné vláknité buňky tzv. libriformní vlákna. Vzájemně jsou propojeny dvojtečkami. Hartig (1888) a Trendelenburg (1939) v Nečesaný (1958) zjistili, že délka vláken se s polohou od poloměru kmene zvyšuje. Také se objevují vláknité tracheidy, které obyčejně přimykají k cévám. Axiální dřevní parenchym je v jarním dřevě rozptýlený, v letním dřevě tvoří metatracheální parenchym Dřeňové paprsky jsou tvořeny tlustostěnnými parenchymatickými buňkami s okrouhlými tečkami. Podle Nečesaného (1958) jsou vesměs heterogenní, Šlezingerová, Gandelová (2008) se přiklání k názoru, že DP jsou homogenní, někdy slabě heterogenní. Jsou 1 vrstevné až vícevrstevné (20-25 buněk). Výška může dosahovat 100 i více buněk (v průměru 5mm). Na hranici letokruhu pozorujeme rozšíření. 15

Přibližný poměr pletiv buku podle Nečesaného (1958) je: cévy 24-43%, Vláknité buňky 39-56%, dřeňové paprsky 17%, dřevné parenchym 1-3%. Souhrnný přehled stavby najdeme v tabulce č. 1: struktura buku. 3.4.1 Zvláštnosti běle Výskyt thyl je základní charakteristika pro jádrové dřevo, přičemž tvorbě jádra předchází tvorba thyl v cévách běli, ležící v bezprostřední blízkosti hranice jádra. Podobně jsou na tom dřevina s NJ. Nečesaný (1958) zjistil thyly v bukové běli uspořádány v malých skupinkách maximálně 5mm od okraje marginální linie. Byly neúplně vyvinuty a uzavírali cévy jen zčásti. 3.4.2 Anatomická struktura nepravého jádra Jádrové dřevo buku se svou mikroskopickou strukturou od běle příliš neliší. Jadernění je zjevem druhotným, vznikajícím uvnitř kmene ve dřevě dříve vytvořeném. Pokud tedy jde pouze o buněčnou stavbu, není mezi bělí a jádrem rozdílu. Rozhodující jsou ovšem sekundárně vzniklé útvary v buněčných dutinách: thyly, jádrové látky a morfologické útvary hub. 3.4.2.1 Thyly Obecně se thyly definují jako vakovité výrůstky, které prorůstají ztenčeninami z parenchymatických buněk do sousedních cév. Podle Nečesaného (1958) thyly v bukovém dřevě pro menší světlost cév zaplňují lumen velmi rychle. Z počátku zřetelně vakovité výrůstky lze později pozorovat jako pouhé přepážky více méně uzavírající cévy. Současně pokrývají vnitřní povrch cévy. Frekvenci thyl lze pozorovat jak na podélných řezech (podélná frekvence), tak na řezech příčných (příčná frekvence). Podélná frekvence je vyjádřená počtem thyl na 1 mm délky cévy. Vanin (1932) a Paclt (1953) v Nečesaný (1958) zjistili rozdíl v podélné frekvenci thyl mezi vnitřní částí jádra a marginální linií a jejich výsledky se shodují. Také Nečesaný (1958) došel ke stejným výsledkům. Hodnoty z hraničících čar se pohybují od 8-14 a hodnoty pro vnitřní části jader 1-6 podle typu jádra. Příčnou frekvenci vyjadřuje procento zastoupení cév ucpaných thylami. Nečesaný (1958) uvádí příčnou frekvenci vnitřních částí jader 0-35% a hraničních čar 16-100%, Vanin (1932) v Nečesaný (1958) uvádí 91-100%. 16

3.4.2.2 Jádrové látky Jsou to zrnité nebo i kompaktní žlutě až tmavě červenohnědě zbarvené útvary uložené především v lumenech parenchymatických buněk. Z nich, prorůstáním thyl do cév, pronikají též jádrové látky jak do thyl, tak do cév. Pronikají sem patrně v tekutém stavu a tvoří tu jen povlak (neimpregnují buněčnou stěnu). Dalším místem výskytu jádrových látek jsou vláknité buňky, což je typické pro hraničící čáry. Gaumann (1946) v Nečesaný (1958) předpokládá, že podstatnou složkou jádrových látek jsou flobafény a dodává, že bezbarvé flobataniny oxydují v žluté až hnědé flobafény. Ty neimpregnují buněčnou stěnu, jak je tomu např. u dubu, ale váží se na neznámou složku jádrových látek v lumenech parenchymatických buněk. Hartig (v Nečesaný 1958) má názor, že podstatná složka jádrových látek jsou zoxidované třísloviny. 3.4.2.3 Výskyt hyf hub v nepravém jádře Přítomnost hub v jádře je dokázána výskytem hyf. Nečesaný (1958) použil pro analýzu výskytu hyf v jádře 120 bukových kmenů s jádrem bez hniloby (zdravé NJ). Z toho byla v 60 kmenech jádra hvězdicovitého typu a ve zbylých 60 jádra okrouhlá. Došel k závěru, že výskyt hyf v hvězdicovitých jádrech byl 81,7%, ve druhé skupině se hyfy vyskytli v 11,7% případů. Celkový poměr mezi jádry s hyfami a bez nich je v tomto případě 46,7:53,3%. Můžeme tedy říci, že většina plamencových jader obsahuje hyfy a většina okrouhlých jader bez plamencových výběžků hyfy neobsahuje. Jiný případ nastává tehdy, jestli-že se zabýváme výskytem hyf hub u NJ s hnilobou. Zde je výskyt vždy a dochází k enzymatickým pochodům buněčných stěn. Frekvence výskytu hyf se soustřeďuje do hraničních čar. 17

tabulka č. 1: Struktura buku (údaje převzaty z Nečesaný 1958) jev běl vyzrálé dřevo nepravé jádro poznámka barva červenohnědá až narůžovělá po srovnání vlhkosti shodná s bělí hnědočervená až hnědočerná po odstíny zelenošedé vlhkost 70-100% 50-80% 50-65% - živé parenchym. ano (oslabené ano buňky nižší vlhkostí) ne - vitalita paren. buněk vysoká nízká žádná - thyly ne zanedbatelně ano - hyfy hub ne ne (nebo omezeně) ano (podle NJ) jádrové látky ne ano (bez ano (se zbarvení) zbarvením) - podíl cév od dřeně - 17 % 120. letokruh - 47% plocha cév od dřeně 0,002 mm 2 120. letokruh - 0,0035 mm 2 počet cév na cévy - (ve zdravém dřevě) mm 2 od dřeně 85 ks 120. letokruh 135 ks délka článku 350-800 µm - délka librif. vláken 600-1600 µm - dřeň. paprsky homogenní, vrstevnatost 20-25 buněk, výška 100 buněk - podíl pletiv % cévy 24-43, Vláknité buňky 39-56, dřeňové paprsky 17, dřevné parenchym 1-3 po poloměru se zvyšuje - 3.5 Vlastnosti bukového dřeva Vlastnosti dřeva nemůžeme zkoumat izolovaně, neboť jsou výslednicí mnoha rozličných faktorů. Jsou dány především strukturou dřeva na všech úrovních pozorování, klimatickými podmínkami při růstu stromu apod. Již samotný proces zjadernění buku poukazuje na nezměněnost mechanických a některých fyzikálních vlastností NJ a běli buku, neboť jádrové látky neimpregnují buněčné stěny. Určitý rozdíl jistě zapříčiní thyly snížením, či úplným znemožněním impregnace a také jádrové látky rušící vzhled svým odlišným zbarvením, jenž je v nábytkářství jen s výjimkami přijatelné. Také chemické složení NJ a běle buku neprokazuje rozdíl ve vlastnostech. Výskyt základních chemických konstituent (celulosa, hemicelulosy a lignin) je v obou částech 18

samozřejmostí. Je ovšem otázkou, jaký je mezi nimi podíl zastoupení. Nečesaný (1957) zjistil, že vnitřní část kmene je většinou více lignifikována než obvodová bez ohledu zda je zjaderněná či nikoliv. Hodnoty vyššího stupně zdřevnatění a nižšího podílu celulosy v jádrovém dřevě tedy nejsou jeho specifickým znakem, ale odpovídají normálnímu průběhu hodnot v každém bukovém kmeni. Přijetím tvrzení, že určité vlastnosti NJ a běle jsou stejné, můžeme dřevo NJ použít tam, kde nevadí odlišná barva, či špatná impregnovatelnost. Nečesaný (1960) uvádí, že rozdíly mezi fyzikálními a mechanickými vlastnostmi NJ a bělového dřeva buku jsou v průměru velmi malé a leží v mezích hodnot udávaných Kollmanem pro bukové dřevo. 3.5.1 Fyzikální vlastnosti 3.5.1.1 Hustota bukového dřeva Hustota dřeva udává hmotnost jeho objemové jednotky, přičemž se nejčastěji vyjadřuje v kg.m 3 nebo g.cm 3. Jde o charakteristiku, která má významný vliv na fyzikální a mechanické vlastnosti dřeva. Například těžké dřevo je pevnější, tvrdší a odolnější proti opotřebení (Požgaj 1993). Variabilita hustoty dřeva je ovlivněná celou řadou činitelů jak vnějších (stanovištní podmínky apod.), tak vnitřních (anatomická stavba, poloha v kmeni, vlhkost apod.). Změny hustoty buku v rámci různých kmenů mají v zásadě stejně rozloženou četnost jako hustoty v rámci jednoho kmene. Poměrně malé rozpětí hodnot hustoty je způsobené tím, že buk málo reaguje na stanovištní a růstové podmínky a tak rozdíly rozpětí hustot buku z různých stanovišť nepřesahuje rozpětí hodnot kmenů jednoho stanoviště. Dále rozpětí závisí na podílu jarního a letního dřeva, přičemž v důsledku nejasného rozlišení u roztroušeně pórovitých dřevin neovlivňuje hustotu buku a je zárukou značné homogenity (Skřipeň v Kozmál 1960). Pöhler et. al (2006) zjistil, že naměřená hustota červeného NJ vykazovala při 714 kg/m 3 vyšší hodnotu v průměru o +2,74% oproti hustotě 695 kg/m 3 bělového dřeva buku. Výsledek byl statisticky významný, ale ne tak značný. Zajímavou zprávu nám také poskytují Janota a Kurjatko (1978). Z výsledků jejich práce vyplívá neprůkazný a statisticky nevýznamný rozdíl hustoty běle buku (ρ 0 =665 kg/m 3 ) a jeho nepravého jádra (ρ 0 =676 kg/m 3 ). Soubor zahrnoval celkem 1964 platných měření. 19

tabulka č. 2: Hustoty dřeva buku dle různých autorů hustota při W=0% (kg/m 3 ) hustota při W=12% (kg/m 3 ) Lexa, 1952 680 710 Požgaj, 1993 684 - Wagenfuhr, 2000 680 720 Kollmann, 1951 680 720 Šlezingerová, Gandělová (2008) 685 720 Horáček (2001) 685 720 Buk se svojí hustotou řadí do skupiny dřev se střední hustotou. 3.5.1.2 Rozměrové změny bukového dřeva Buk v porovnání s našimi nejběžnějšími dřevinami vykazuje velmi vysoké hodnoty radiálního a tangenciálního sesychání a v důsledku toho i největší hodnoty sesychání objemového. Řadíme ho do skupiny dřev velmi sesychaných - bobtnavých. Skřipeň v Kozmál (1960) uvádí jako průměrné objemové sesychání buku β v =18%. Nečesaný (1958) u převažující části bukového materiálu nenalezl rozdíl v bobtnání (sesychání) NJ a běle. Naproti tomu u dubu zjistil tento rozdíl naprosto patrně. Toto si vysvětluje tím, že u buněčných stěn NJ buku nedošlo k impregnaci jádrovými látkami. S tím se ztotožňují i Trendelenburg (1939) a Bosshard (1953) v Nečesaný (1958) a uvádějí, že impregnace stěn hydrofobními jádrovými látkami sníží hygroexpanzi, jak je tomu u jádra dubu, nikoliv však u NJ buku. Pöhler et. al (2006) uvádí, že bobtnání (sesychání) červeného NJ vykazovalo v radiálním směru o +14,29% vyšší statisticky významnou hodnotu oproti běli. Ve směru tangenciálním byl zjištěn podstatně nižší rozdíl +2,27% ve prospěch červeného NJ. 20

tabulka č. 3: Charakteristiky sesychání dřeva buku dle různých autorů autor Lexa (1952) Ugolev (1975) Pereligin (1960) Požgaj (1993) Wagenfuhr (2000) Kollmann (1951) sesychání podélné (%) sesychání radiální (%) sesychání tangenciální (%) sesychání objemové (%) koeficient objem. sesychání (%/1%w) koeficient rad. sesychání (%/1%w) koeficient tan. sesychání (%/1%w) 0,3 - - 0,3 0,3 0,3 5,0 - - 5,3 5,8 5,8 11,8 - - 12,5 11,8 11,8 17,5 - - 17,5 17,9 17,9-0,47 0,55-0,46-0,6-0,17 0,15 - - - - 0,32 0,33 - - - - 3.5.2 Mechanické vlastnosti Porovnáme-li mechanické vlastnosti bukového dřeva s dalšími domácími průmyslovými dřevinami, jako např. dub, smrk, borovice apod. zjistíme, že pevnost bukového dřeva nezaostává za pevností porovnávaných dřevin, ale dokonce ji i značně převyšuje. To je mimo jiné také odrazem jeho vyšší hustoty. 3.5.2.1 Pevnost a pružnost bukového dřeva v tlaku rovnoběžně s vlákny Tlaková pevnost podél vláken je nejcharakterističtější z mechanických vlastností dřeva a nejdůležitější z praktického hlediska (Perelygin L.M. 1960). Působením tlakové síly vzniká ve zkušebním tělese napětí - tedy odpor proti vznikajícím deformacím udávaným v MPa. Odpor v momentě porušení tělesa je potom mezním stavem nazývaným mez pevnosti σ p a je tím největším napětím, které je těleso schopné přenést (pevnost dřeva). Narůstající zatížení je doprovázeno zvětšujícími se deformacemi, přičemž v případě tlaku rovnoběžně s vlákny se těleso zkracuje. Vztah mezi napětím a pružnou deformací vysvětluje Youngův modul pružnosti. Jedná se o podíl napětí a poměrné deformace (pouze v intervalu pružných deformací) odpovídající tomuto napětí udávaný též v MPa. Čím je jeho hodnota vyšší, tím větší napětí musíme vytvořit k dosáhnutí deformace. Další velmi důležitou charakteristikou 21

pružnosti je mez úměrnosti. Vypovídá o největším napětí, při kterém se těleso deformuje ještě pružně. Důležitým činitelem je vlhkost dřeva. Dřevo vlhčí je plastičtější a tím i jeho deformace jsou větší, naproti tomu je pevnost menší. Z toho vyplívá, že pro porovnání pevnostních charakteristik je nutná stejná vlhkost vzorků- w=12%, jenž je RVD při okolních podmínkách dle příslušných norem.. V případě zjištěných hodnot při jiné vlhkosti, existuje přepočtový vztah tabulka č. 4: Pevnostní charakteristiky bukového dřeva v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=12% podle různých autorů: mez pevnosti σ p (MPa) modul pružnosti (MPa) Požgaj (1993) 56,7 16 837 Kollmann (1951) 41-62-99 16 000 Lexa (1952) 53 16 000 Wagenfuhr (2000) 62 16 000 Peryligin (1960) 46 - zahrnut. *Peryliginův údaj pevnosti byl naměřen při w=15% a proto nebude do porovnání 22

4. MATERIÁL A METODIKA 4.1 Výroba vzorků Tělíska byla vyráběna ve školních dílnách na jednooperačních strojích. Pro každou zkoušku bylo vyrobeno 75 ks vzorků v zóně NJ a 75 ks vzorků běle buku, tak aby splňovali příslušné požadavky dané normami. Vstupujícím materiálem do výroby bylo neomítané BK řezivo s vysokou vlhkostí, tloušťky 60 mm a délky 4 m v počtu 15ks. Každý kus řeziva při tom byl vybrán z jiného stromu, aby se zamezilo statistické chybě špatného výběru. Vzhledem k možné proměnlivosti hustoty bukového dřeva po poloměru kmene, bylo vybráno jednak řezivo s nepravým jádrem a dále řezivo bez nepravého jádra. To poskytovalo bělová tělíska stejně vzdálená od dřeně jako v případě tělísek nepravého jádra. Pro jednodušší výrobu byly vybrány pouze fošny středové tzv. radiální s příznivým odklonem letokruhů. Charakter vstupního materiálu a výstupního produktu předurčil jako optimální model výroby příčně podélně příčný tak, jak ukazuje technologické schéma. Typ NJ na řezivu byl: jednoduché okrouhlé, složené okrouhlé a mozajkové (podle Howeckého, Mahlera 1991). Důležité také je, že žádný kus řeziva neobsahoval hnilobu a malé okrouhlé červené jádro, u kterého Pöhler et. al (2006) nacházel rozdíly ve vlastnostech oproti běli. Otázka juvenilního dřeva nebyla v této práci řešena, neboť rozdíly vlastností juvenilního a vyzrálého dřeva jsou typické zejména pro dřevo jehličnatých, nikoli roztroušeně pórovitých dřevin. To vychází z rozdílné stavby a zastoupení jarního a letního dřeva. Hodnoceny budou tedy čistě pouze vlastnosti běle a nepravého jádra. Fotodokumentace celého procesu výroby vzorků je součástí přílohy. Za pomoc při samotné výrobě paří poděkování panu Fraňkovi. 23

Blokové schéma výroby vzorků: sklad vstupního materiálu zkracování řeziva rovinné frézování plochy řeziva podélné rozřezání řeziva na sdružené přířezy rovinné frézování plochy a boční plochy sdružených přířezů rovinné frézování sdružených přířezů na přesnou tloušťku podélné rozřezání sdružených přířezů na jednotlivé přířezy rovinné frézování jednotlivých přířezů na přesnou šířku příčné zkracování opracovaných přířezů na přesnou délku zkušebního tělíska třídění a číslování zkušebních tělísek zkušební vzorky 4.1.1 Popis jednotlivých operací 1) Zkracování řeziva: Účelem operace je zkrácení 4 m fošen na délku 0,5 m z důvodu snadnější manipulace materiálu a bezpečnosti práce při následných operacích. technické parametry: stroj: zkracovací pila B-Johan výkon motoru: 4KW počet otáček: 2800 min -1 nástroj: pilový kotouč z nástrojové oceli průměr: 350 mm typ ozubení: trojúhelníkové nesouměrné 24

2) Rovinné frézování plochy řeziva: Operace se provádí pro vytvoření rovné plochy řeziva, která je důležitá z hlediska bezpečnosti práce následující operace podélného řezání. technické parametry: stroj: srovnávací frézka B-Johan výkon motoru: 3KW počet otáček: 6000 min -1 délka x šířka stolů: 2500 x 400 mm nástroj: nože HSS 18 počet nožů: 4 úhel břitu: 42 3) Podélné rozřezání řeziva na sdružené přířezy: Zde dochází k podélnému dělení materiálu na tloušťku vzorků s nadmírou na následné opracování. Pro získání správného průběhu vláken byl použit stroj, umožňující úhlové naklápění pilového kotouče. Kotouč se naklápěl specielně pro každý 1 řez tak, aby nejvyšší povolená odchylka letokruhů od hrany příčného průřezu byla do 10. Nastavení stroje probíhalo zrakovým posouzením. technické parametry: stroj: kotoučová pila SCM Si 16n 3200 výkon motoru: 5,5KW počet otáček: 3000 min -1 naklápění pilového kotouče: 0-45 nástroj: pilový kotouč PILANA 28 LWZ rozměr: 300 x 3,2 / 2,2 x 30 typ broušení: šikmé, střídavě levé a pravé počet zubů: 28 4) Rovinné frézování plochy a boční plochy sdružených přířezů: Operace zajišťuje vytvoření rovné hladké plochy sdruženého přířezu a jeho boční plochy do pravého úhlu. technické parametry: viz. operace č. 2 5) Rovinné frézování sdružených přířezů na přesnou tloušťku: Cílem operace je vytvořit rovný hladký povrch plochy odvrácené již frézované ploše a získat jmenovitou tloušťku sdružených přířezů (tj. jmenovitá tloušťka zkušebních těles). technické parametry: stroj: tloušťkovací frézka TOS Svitavy výkon hlavního motoru: 11,5 KW počet otáček: 6000 min -1 posuvná rychlost: 6 m/min nástroj: nože HSS 18 úhel břitu: 42 počet nožů: 3 6) Podélné rozřezání sdružených přířezů na jednotlivé přířezy: Operací získáme přířezy o jmenovité tloušťce zkušebních vzorků a jmenovité šířce s nadmírou na další opracování. Pro získání čtvercového průřezu je již pilový kotouč nastaven na 90. 25

technické parametry: viz. operace č. 3 7) Rovinné frézování jednotlivých přířezů na přesnou šířku: Přířezy o jmenovité tloušťce se rovinně frézují na jmenovitou šířku. Výstupem jsou 50 cm dlouhé lišty o cílovém průřezu. technické parametry: viz. operace č. 5 8) Příčné zkracování opracovaných přířezů na přesnou délku zkušebního tělíska: Je finální výrobní operací, kterou se zhotovují zkušební tělíska o jmenovitých rozměrech a požadovaném tvaru. technické parametry: viz. operace č. 3 (s použitím zkracovacího stolu) 9) Třídění a číslování zkušebních tělísek: Je nevýrobní operace, kterou byla na základě zrakové prohlídky vybrána a označena jen ta nejjakostnější tělíska vstupující do procesu měření. Z celkového počtu cca 500 vyrobených kusů tak zůstalo pouze 150 (75+75). Nedovolený byl výskyt: trhliny, suky, poškození hmyzem či houbami, současný výskyt běle i NJ na jednom vzorku, výskyt dřeně, vytrhaná vlákna. Značení se provádělo pořadovým číslem vzorku a písmenem: B pro běl a J pro nepravé jádro. Z technických důvodů je umístěné na tangenciálním řezu každého tělíska. 4.2 Zjišťování fyzikálních vlastností 4.2.1 Měření hustoty Měření hustoty bylo prováděno podle normy ČSN 49 0108 zjišťovanie hustoty při fyzikálných a mechanických zkúškách. 1) zkušební tělesa: mají tvar pravoúhlého hranolu o základně 20x20 mm a délce orientované ve směru vláken 30 mm. Na Příčném řezu je minimální počet letokruhů 5. Norma nepředepisuje specielně ortotropní tělesa. 2) požadavky na měřicí přístroje: pro měření lineárních rozměrů se používá posuvné měřidlo s přesností 0,1mm. Na vážení se používají digitální váhy s přesností 0,01g 3) měření hustoty dřeva: pro porovnání hustoty dřeva NJ a dřeva mimo tuto zónu bylo použito hustoty v absolutně suchém stavu ρ 0 dle vzorce č. 1. Tím se eliminuje vliv nestejné vlhkosti tělísek, který by mohl nastat, měřila-li by se hustota dřeva o určité vlhkosti. Výsledek 26

tak nebude zatížen chybou. Pro porovnání výsledků mích a různých autorů byl použit vztah pro přepočet hustoty při w=12% dle vzorce č. 2 podle Horáčka (2001). Aby bylo možné stanovit koeficienty sesychání, byla zjišťována také hustota konvenční. Zjišťovala se vztahem č. 3 a byla dosazena do vzorce č. 5, pro zjištění MNBS. Naměřené a vypočtené hodnoty jsou zapsány do tabulky, která je součástí přílohy. Vzorec č. 1: hustota absolutně suchého dřeva dle ČSN 49 0108: ρ 0 = = Vzorec č. 2: přepočtový vztah podle Horáčka (2001): ρ w = ρ 0. Vzorec č. 3: konvenční hustota dle ČSN 49 0108: ρ kw = = legenda: ρ 0 hustota dřeva při w=0% (g/cm 3 ), ρ w hustota při dané vlhkosti (g/cm 3 ), ρ kw konvenční hustota dřeva (g/cm 3 ), a 0,b 0,l 0 lineární rozměry vzorku při w=0% (cm), a w,b w,l w lineární rozměry vzorku s w MNBS (cm), V 0 - objem vzorku při w=0% (cm 3 ), V w - objem vzorku při w MNBS (cm 3 ), m 0 - hmotnost vzorku při w=0% (g), w vlhkost dřeva g/g 4.2.2 Měření sesychání Měření rozměrových změn bylo prováděno podle normy ČSN 49 0126 Skúšky vlastností rostlého dreva. Metoda zjišťovania napúčavosti. 1) zkušební tělesa: mají tvar pravoúhlého hranolu o základně 20x20 mm a délce orientované ve směru vláken 30 mm. Norma předepisuje použití specielně ortotropních tělísek. Úhel sklonu letokruhů ke dvěma přilehlým stranám je maximálně 10. 27

2) požadavky na přístroje: pro měření lineárních rozměrů se používá digitální posuvné měřidlo s přesností 0,01mm. Na vážení se používají digitální váhy s přesností 0,01g. Sušení zabezpečuje sušárna o t=103 +-2 C. 3) měření sesychání dřeva: Vyrobené vzorky o neznámé vlhkosti byly vloženy do nádoby s vodou po dobu 1 týdne, aby získaly vlhkost nad MNBS, kdy se jejich rozměry již nezvětšují. Poté se posuvným měřítkem změřily jejich rozměry ve 3 směrech: radiálním a w, tangenciálním b w a podélném l w. Tak byly zjištěny maximální rozměry vzorků. Vzorky byly dále sušeny: nejdříve z důvodu možnosti vzniku mikrotrhlin v interiérovém prostředí po dobu 5 dnů, poté byly dosušeny v laboratorní sušárně při t=103+-2 C na nulovou vlhkost tj. dvě po sobě jdoucí měření hmotnosti vzorků po 2 hodinách sušení jsou stejné. Změřením lineárních rozměrů tělísek byly získány minimální rozměry a 0, b 0, l 0. Naměřené hodnoty byly zapsány do tabulky, která je součástí přílohy a dosazeny do vzorce č. 4 pro procentuelní zjištění sesychání. MNBS byla vyjádřena pomocí vztahu č. 5 a byla dále dosazena do vztahu č. 6. Vztah č. 6 potom vyjadřuje výpočet koeficientu sesychání tj. změna příslušného rozměru v % při změně vlhkosti o 1%. Vzorec č. 4: výpočet sesychání podle Horáčka (2001): a) pro výpočet lineárního sesychání: β i max =. 100 b) pro výpočet objemového sesychání: β v max =. 100 Vzorec č. 5: výpočet MNBS podle Horáčka (2001): MNBS = ( - ). ρ H2O. 100 Vzorec č. 6: výpočet koeficientu sesychání podle Horáčka (2001): a) pro výpočet koeficientu sesychání v lineárním směru: 28

K βi = b) pro výpočet objemového koeficientu sesychání: K βv = legenda: β i max maximální sesychání v příslušném směru (%), R w rozměr vzorku v příslušném směru při W MNBS (mm), R 0 - rozměr vzorku v příslušném směru při W = 0% (mm), značení příslušného směru: a radiální (a 0, a w ), b tangenciální (b 0, b w ), l podélný (l 0, l w ), β v max maximální objemové sesychání (%), V w objem vzorku v příslušném směru při W MNBS (mm 3 ), V 0 - rozměr vzorku v příslušném směru při W = 0% (mm 3 ), MNBS- mez nasycení buněčných stěn (MH) (%), ρ kw hustota konvenční dřeva (g/cm 3 ), ρ 0 hustota dřeva při w=0% (g/cm 3 ), ρ H2O hustota vody = 1 g/cm 3, K βi koeficient sesychání v daném směru (%/1%), K βv koeficient objemového sesychání (%/1%) 4.3. Zjišťování mechanických vlastností 4.3.1 Měření meze pevnosti a modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken Měření meze pevnosti a modulu pružnosti v tlaku podél vláken bylo prováděno podle norem ČSN 49 0110 Drevo. Medza pevnosti v tlaku v smere vlákien a ČSN 49 0111 Skúšky vlastností rastlého dreva. Metóda zisťovania modulu pružnosti v tlaku pozdlž vlákien. 1) zkušební tělesa: mají tvar pravoúhlého hranolu o základně 20x20 mm a délce orientované ve směru vláken 30 mm. Norma nepředepisuje specielně ortotropní tělesa. 2) požadavky na přístroje: pro měření lineárních rozměrů se používá posuvné měřidlo s přesností 0,01mm. Zkušební stroj pracuje s přesností zatížení do 1% a zajišťuje rychlost porušení tělesa v čase 1+-0,5 min. od začátku zatěžování. 3) měření mechanických vlastností v tlaku ve směru vláken: Pomocí posuvného měřítka byly uprostřed délky tělesa změřeny příčné lineární rozměry (radiální, tangenciální) každého vzorku o nulové vlhkosti. Tyto hodnoty byly zaneseny do programu test-xpert. v5.01, jenž je ovládacím programem měřicího stroje. Vzorky byly poté po jednom vkládány 29

do čelistí měřicího stroje, opatřeny extenzometrem a programem byl stroj spouštěn. Zjišťování meze pevnosti v tlaku ve směru vláken probíhalo automaticky pomocí výpočetní techniky napojené na stroj podle vztahu č. 7. Výsledek byl zaokrouhlen na celé 0,5 MPa. Pro porovnání mezí pevností v tlaku ve směru vláken uvedených v literárním přehledu (při w=12%) a mnou naměřených (při w=0%) byl použit přepočtový vztah č. 8. Modul pružnosti v tlaku ve směru vláken byl zjišťován též pomocí výpočetní techniky podle vztahu č. 9. Výsledek byl zaokrouhlen na celé stovky MPa. Pro porovnání vlastních hodnot s literárními zdroji (při w=12%) byl použit přepočet č. 10. Dále byla zjišťována maximální deformace v momentě porušení tělesa. Naměřené hodnoty jsou zaneseny v tabulkách, které jsou součástí přílohy. Vzorec č. 7: výpočet meze pevnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN 49 0110: σ max = 0110: Vzorec č. 8: přepočtový vztah meze pevnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN 49 σ max 12 = σ max w. (1 + α. (w-12)) α - opravný vlhkostní koeficient pro všechny dřeviny 0,04 Vzorec č. 9: výpočet modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN 49 0111: E = ε = 49 0111: Vzorec č. 10: přepočtový vztah modulu pružnosti v tlaku ve směru vláken podle ČSN E 12 = E w. (1 + α. (w-12)) α - opravný vlhkostní koeficient pro všechny dřeviny 0,02 30

legenda: σ max mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=0% (MPa), a,b lineární rozměry příčného průřezu vzorků (mm), F max maximální zatížení (N), σ max 12 mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=12% (MPa), σ max w mez pevnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w v době zkoušky (MPa), w vlhkost tělesa v době zkoušky (%), E modul pružnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=0% (MPa), E 12 modul pružnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w=12% (MPa), E w modul pružnosti v tlaku rovnoběžně s vlákny při w v době zkoušky (MPa), σ - napětí v oblasti pružných deformací (MPa), ε - poměrná deformace v podélném směru odpovídající napětí σ, l deformace tělesa (mm), l délka tělesa (mm) 4.4 Statistické vyhodnocení U každého souboru naměřených dat byl vyhodnocen aritmetický průměr, minimální a maximální hodnota, směrodatná odchylka a variační koeficient. Pro porovnání souborů dat mezi bělí a nepravým jádrem byl použit t-test středních hodnot. Závislost mezi jednotlivými veličinami byla zjišťována na základě korelační a regresní analýzy. Grafické vyjádření zajišťují krabicové grafy. Zvolená hladina významnosti α = 0,05. Při výběru (třídění) zkušebních tělísek nebyl vybírán stejný počet jedinců z každé 1 fošny, ale všechny tělíska byla dána na 1 hromadu, ze kterých se vybrali reprezentanti. Podobně bylo postupováno při výběru fošen, ze kterých jsou vzorky vyrobeny. Díky tomu se jedná o dvoustupňový náhodný výběr. Z celkového počtu měření (tj. 75 + 75) nebyla do statistického vyhodnocení zahrnuta ta měření, jež vykazovala extrémní hodnoty, či chybná měření. Takové hodnoty totiž narušují normální rozdělení souboru, a proto by nebylo možné použít parametrický test s vyšší sílou testu. 4.4.1 Aritmetický průměr Aritmetickým průměrem charakterizujeme hodnotu, okolo níž kolísají jednotlivé prvky souboru (Drápela, Zach 2002). Používá se pro neroztříděný soubor. = aritmetický průměr x i reprezentant N rozsah souboru 31

4.4.2 Směrodatná odchylka Je nejlepší charakteristikou variability. Její rozměr je stejný jako rozměr veličiny, což je její hlavní výhodou (Drápela, Zach 2002). S = S směrodatná odchylka x j reprezentant 4.4.3 Variační koeficient Je relativní mírou variability. Používá se k porovnání variability různých souborů. S% =. 100 4.4.4 T-testy středních hodnot U těchto testů testujeme shodu středných hodnot. Protože se jedná o soubory dat s měřením 2 skupin vzorků, byl použit dvouvýběrový t-test s nezávislými výběry. Předpokladem možnosti jeho využití je normální rozdělení souborů naměřených dat. V případě, že soubor či soubory neměly normální rozdělení, byla využita Box-Coxova transformace. Zjištění normálního rozdělení souboru bylo provedeno pomocí Shapiro- Wilkova testu. Před použitím vlastního t-testu je nutné provést testování homogenity rozptylů pomocí vhodného F-testu. Nebyla-li zamítnuta nulová hypotéza o homogenitě rozptylů, byl použit t- test s rovností rozptylů. Byla-li zamítnuta nulové hypotéza o homogenitě rozptylů, byl použit t-test s nerovností rozptylů. 4.4.5 Korelační a regresní analýza Zkoumá vztahy mezi jevy. Zjišťuje existenci vlivu změny úrovně nezávislé proměnných na změnu úrovně závislého znaku. Pro zjištěnou existenci vlivu vytváří vhodný matematický model závislosti, doplněný o parametry modelu. Též měří těsnost závislosti a ověřuje hypotézy o statistické významnosti závislosti. Pro potřeby této práce byl použit lineární model. 32