MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav základního zpracování dřeva Hodnocení kvality povrchu QSB desek Bakalářská práce 2013 Vojtěch Prax
Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Hodnocení kvality povrchu QSB desek zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje bakalářská 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:... podpis studenta:
Poděkování: Na tomto místě bych rád poděkoval svému vedoucímu práce panu doc. Ing. Zdeňku Kopeckému, CSc. za odborné vedení, věcné připomínky a důležité rády během vypracovávání této práce. Dále bych rád poděkoval panu doc. Ing. Emilu Svobodovi, CSc. s pomocí při měření v praktické části práce a cenné rady pro vyhodnocení naměřených výsledků.
Jméno / Name Vojtěch Prax Název práce Hodnocení kvality povrchu QSB desek The title of work Evaluation of surface quality QSB boards Abstrakt Bakalářská práce se zabývá měřením kvality povrchu QSB desky. V úvodu charakterizuje kontaktní a bezkontaktní metody měření povrchu. Dále popisuje výrobu a základní vlastnosti dřevotřískové QSB desky způsoby použití ve stavebnictví, a v nábytkářském průmyslu. Praktická část práce je zaměřena na měření parametrů broušených i nebroušených vzorků QSB desky a vyhodnocení parametrů kvality povrchu. Měření bylo prováděno pomocí indukčního snímače na přístroji Talysurf CLI 1000. Parametry byly měřeny pro 2D i 3D vyhodnocení povrchu. Z naměřených hodnot byly vyvozeny charakteristiky povrchů. V závěru práce jsou uvedeny doporučení pro praktické využití QSB desky s broušeným povrchem. Součástí rozboru je porovnání kvality desek z hlediska prodeje a ceny výrobku. Klíčová slova: QSB deska, broušení, kvalita povrchu, drsnost, vlnitost Abstract: This thesis deals with the measurement of surface quality QSB boards. The introduction characterizes contact and non-contact surface measurement methods. It also describes the production and basic properties of particle QSB boards. It brings the use of QSB boards in construction and in the furniture industry. The practical part is focused on the measuring the parameters of grinding and ungrinding samples QSB boards and subsequent evaluation of the measured results. Measurement was performed using inductive sensor on the unit Talysurf CLI 1000 parameters were measured for both 2D and 3D evaluation surface. The measured values are derived surface characteristics. In conclusion, the work provides practical use QSB boards with ground-any traffic surface and comparing the quality of boards in terms of sales and product price. Key words: Quality Standart Board, grind, surface quality, waviness roughness
OBSAH 1 Úvod... 7 2 Cíl práce... 8 3 Metody hodnocení kvality povrchu... 8 3.1 Úvod... 8 3.2 Vizuální metoda... 9 3.3 Porovnávací metoda... 9 3.4 Dotykové metody... 9 3.4.1 Absolutní indukční snímač... 9 3.4.2 Piezoelektrický snímač... 10 3.4.3 Interferometrický laserový snímač... 11 3.5 Bezdotykové metody... 12 3.5.1 Fotometrické hodnocení... 12 3.5.2 Laserový triangulační snímač (PSD)... 13 3.5.3 Konfokální snímač (CLA)... 13 3.5.4 Atomic Force Microscop-AFM (Mikroskopie atomové síly)... 14 3.6 Dílčí závěr... 15 3.7 Základní pojmy... 15 3.7.1 Profily... 16 3.7.2 Filtry... 17 3.7.3 Parametry... 17 3.8 Obrábění dřeva... 20 3.9 Specifikace broušení... 20 3.10 Dílčí závěr... 20 4 Výroba a základní charakteristiky QSB desky... 21 4.1 Popis desky... 21 4.1.1 Použití desky... 21
4.1.2 Přednosti desky... 22 4.2 Výroba... 22 4.3 Fyzikální a mechanické vlastnosti... 23 5 Návrh a zpracování metodiky měření kvality povrchu QSB desky... 27 5.1 Výroba vzorků... 27 5.2 Metodika měření... 28 5.2.1 Popis přístroje Talysurf CLI 1000... 28 5.2.2 Podmínky měření... 29 5.2.3 Měřené charakteristiky... 31 6 Vyhodnocení experimentálních výsledků... 32 6.1 Vyhodnocení 2D parametrů... 36 6.2 Vyhodnocení 3D parametrů... 41 7 Posouzení technologie a kvality výroby desek z hlediska prodeje a ceny výrobku 45 8 Závěr... 47 9 Přehled použité literatury... 48 10 Seznam obrázků... 50 11 Seznam tabulek... 52
1 ÚVOD Dřevo je surovina získávána ze stonků vyšších rostlin (stromy, keře, polokeře). Vyšší rostliny jsou rozšířené téměř kosmopolitně, dokázaly se přizpůsobit rozmanitým klimatickým podmínkám. Díky tomu tvoří jednu ze základních surovin, kterou lidé využívají po celou dobu své historie. Postupným zdokonalováním schopnosti dřevo lépe a přesně opracovávat dokáží lidé ze dřeva vyrábět různé výrobky. Přes jednoduché nástroje, až k celým stavbám domů. Dřevo slouží taky k výrobě ozdobných předmětů jako například přívěsku nebo soch. V neposlední řadě představuje tato surovina, jako hořlavý materiál, zdroj tepla. Jeden z hlavních cílů vyspělé společnosti představuje trvale udržitelný rozvoj naší planety. Jelikož považujeme dřevo za obnovitelnou surovinu, dá se očekávat stále větší potenciál využívání této suroviny. V dnešní době se vyspělé státy o svoje lesy starají. Mají řízené hospodářství s kontrolovanou těžbou. V některých zemích však stále probíhá nekontrolované kácení. Největší představitelé jsou země jižní Afriky i Ameriky, kde se vyskytují deštné pralesy. Především kvůli velké rozloze deštných pralesů není možné kácení nikterak kontrolovat. Další krok v pomoci životnímu prostředí představuje zvýšení výtěže základní suroviny tedy dřeva. Do první poloviny dvacátého století vznikalo při výrobě řeziva poměrně velké množství odpadu, v podobě pilin, štěpek a odřezků, které se dále nijak nevyužívaly nebo jen jako palivo. Konstrukční materiály na bázi dřeva představují průlom v jeho zpracování. Začaly se vyrábět aglomerované a kompozitní materiály. Tedy od druhé poloviny dvacátého století nachází dřevní odpad další využití. Tím se výrazně zvýšila procentuální výtěžnost. V sedmdesátých letech se začaly tyto velkoformátové desky povrchově upravovat nejčastěji dekorativním laminováním. Základní vlastnosti deska získává z technologie výroby a je ovlivněna zejména použitou surovinou. Ve stavebnictví slouží aglomerované materiály jako konstrukční prvek nosného systému. I v nábytkářském průmyslu slouží jako výstužná konstrukce. Velkoformátové dřevotřískové desky jsou často napuštěny hydrofobizačními přípravky pro lepší odolnost vůči vlhkosti. 7
Díky vstupním surovinám pro výrobu aglomerovaných materiálů jsme schopni desku recyklovat popřípadě ekologicky likvidovat. Spolu s faktem, že je vyrobena především z obnovitelných zdrojů surovin, se stává konkurence schopným materiálem ve stavebním průmyslu. 2 CÍL PRÁCE Cílem této práce bylo vyhodnotit kvalitu povrchu QSB desek ve standardním provedení a s broušeným povrchem. Dále provést analýzu metod pro hodnocení povrchu aglomerovaných materiálů a vybrat vhodnou metodu pro přesné 3D a 2D hodnocení kvality povrchu. A nakonec vést směry uplatnění QSB desek v oborech stavebnictví a výrobě nábytku a porovnat kvalitu a cenu desek s ostatními na trhu. 3 METODY HODNOCENÍ KVALITY POVRCHU 3.1 Úvod Věda zabývající se mapováním povrchu se nazývá metrologie. Úkolem metrologie povrchu je zmapovat a zaznamenat geometrické a fyzikální vlastnosti měřeného povrchu, díky čemuž můžeme následně vyhodnotit jejich vliv na funkční vlastnosti povrchu hotového výrobku. Měření povrchu dělíme na dotykové (kontaktní) a bezdotykové (optické). Dotykové měřící soustavy jsou více využívané, především pak ve strojnictví. Jejich funkce spočívá ve hrotu, který opisuje povrch. Hrot je připojen přes páku k měřícímu přístroji, který poté vyhodnocuje data. Mezi výhody patří větší tolerance k nečistotám povrchu. Nevýhody představuje doba a menší přesnost měření. Bezdotykové soustavy jsou založené na odrazu paprsku od povrchu vzorku do měřící sondy. Ta vyhodnotí míru změny odrazu od rovného povrchu. Tato metoda měří s větší přesností a rychleji, avšak její slabinou je u velkých změn tvaru povrchu a následnému špatnému odrazu paprsku zpět k detektoru. (Svatoš, 2009) 8
3.2 Vizuální metoda Jedná se o nejjednodušší metodu. Spočívá v hodnocení povrchu pouhým okem nebo za použití lupy, či mikroskopu. Touto metodou je možné odhalit větší vady, jako jsou trhliny, kvalita po obrábění výrobku při hrubém opracování, kvalitu povrchového nátěru. Metoda je velmi zatížena lidským faktorem a tím pádem i poměrně nepřesná. (Svatoš, 2009) Porovnávání vzorku vzorkovnicí pomocí hmatu Obr. 1 Porovnávací vzorkovnice drsnosti 3.3 Porovnávací metoda Jedná se o spojení vizuální a dotykové metody, kdy k vyhodnocení povrchu používáme speciálních měrek (etalonů). Metoda spočívá v porovnávání měřeného vzorku s etalony. Pro kvalitnější posouzení povrchu provádíme porovnávání na více místech. I tato metoda je velmi zatížena lidským faktorem, avšak je přesnější než metoda vizuální. (Uhlíř, 2010) 3.4 Dotykové metody Primárně dělíme dotykové metody podle druhu snímače, a to na absolutní a relativní snímače. Rozdíl spočívá v tom, že u absolutních snímačů se dotýká měřeného povrchu pouze měřící hrot. Zatímco relativní snímače jsou vedeny po povrchu jednou nebo dvěma opěrnými patkami a hrot opisuje měřený povrch. 3.4.1 Absolutní indukční snímač Metoda je založená na pákovém systému, kde na jedné straně je hrot uložený na břitech a na druhé straně páky se nachází měřící zařízení skládající se ze dvou cívek a jednoho magnetu. Cívky jsou schopny indikovat změnu magnetického pole a převést na elektrický signál, který je posléze zaznamenáván v podobě digitálních dat. Hrot tedy opisuje měřený povrch a tím mění polohu magnetu mezi cívkami. Lze zaznamenávat 9
vlnitost i drsnost povrchu. Povrchu se dotýká pouze hrot. Povinností pro přesné měření je vyrovnat páku se základnou posuvné jednotky a dostat magnet do neutrální polohy mezi cívkami. (Jurena, 2011) Obr. 2 Schéma principu relativního indukčního snímače Obr. 3 Schéma principu absolutního indukčního snímače 3.4.2 Piezoelektrický snímač Tento snímač využívá takzvaného piezoelektrického jevu. Jeho základem je, že uvnitř některých polykrystalických dielektrik, která se nabudí mechanickou deformací, vzniká elektrická polarizace. Následkem tohoto jevu se na povrchu vytvoří zdánlivý náboj, jenž se dá elektrodamami převádět na náboj skutečný. Skutečný náboj v podobě impůlsů jsme schopni měřit a zaznamenávat. V momentě, kdy mechanické napětí zmizí, vratí se dielektrikum zpět do počátečního stavu. Čili hrot opisuje povrch připojený na páce, která je pevně spojená s piezoelektrickým snímačem a ten indikuje nerovnosti povrchu. Snímač je však limitován svým malým zdvihem a je velice citlivý na pracovní podmínky. VUT Brno 2013: Vědecké články [citováno 22.4.2013. ] Dostupné na: http://ottp.fme.vutbr.cz/skripta/vlab/mereni/ka03-05.htm 10
Obr.4 a 5 Princip činnosti piezoelektrického snímače 3.4.3 Interferometrický laserový snímač Aktuálně patří k nejpřesnějším a nejmodernějším dotykovým snímačům. Světelná vlna vyslaná z laseru se odráží od zrcadla a prochází přes dělící zrcadlo, kde se rozdělí na referenční a měřící vlnu. Tyto vlny jsou zrcadly odráženy zpět na dělící zrcátko a následuje jejich spojení do výsledné vlny. Detekční dioda je schopna rozlišit vlnové délky obou vln a díky tomu rozeznat polohu pákového systému. Spojování paprsků (světelných vln) se nazývá interference. Mezi přednosti patří jeho velký rozsah měření a vertikální zdvih snímače, jeho měření s velkým rozlišením a automatická kalibrace. (Uhlíř, 2011) Obr. 6 Interferometrický snímač PGI (Phase Grating Interferometric) 11
3.5 Bezdotykové metody Bezdotykové metody rozlišujeme podobně jako dotykové a to podle použitého snímače. 3.5.1 Fotometrické hodnocení Metoda spočívá v jednoduchém snímkování povrchu pomocí CCD snímače, který je obdobný jako u digitálních fotoaparátů. Vyhodnocení snímků poté zpracovává příslušný software, který je schopen vyhodnotit hloubku a šířku profilu. Obraz snímaného povrchu je přenesen optickým signálem na CCD snímač fotoaparátu. Následuje převod obrazu do počítačových dat. Optický obraz je zde transformován do matice pixelů. Nevýhodu představuje nerovnoměrné osvětlení měřeného povrchu. Obr. 7 Schéma měřicí aparatury Například přesvětlený střed a nedostatečně osvětlené krajních částí snímku. Tato nevýhoda se dá do jisté míry odstranit popřípadě upravit tzv. gama korelací. -VUT Brno 2013: Vědecké články [citováno 22.4.2013] Dostupné na: http://www.fch.vutbr.cz/lectures/imagesci/download/stud01_pard01.pdf -VUT Brno 2013: Vědecké články[citováno 22.4.2013] Dostupné na: http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=27887 12
3.5.2 Laserový triangulační snímač (PSD) Snímač je založen na principu triangulační (trojúhelníkové) metody. Laserový nebo diodový svazek paprsků je vysílán pod úhlem na měřený povrch a odrážen od povrchu zpět do detektoru, kde se zkoumá pouze jeho místo dopadu na detektor s celým názvem Position Sensitive Device (PSD). Je-li povrch rovný, dopadá paprsek doprostřed detektoru. Nerovnost povrchu poté mění místo dopadu paprsku na detektor, ten Obr. 8 Laserový triangulační snímač tyto změny vyhodnocuje a zpracovává v podobě počítačových dat. (Svatoš, 2009) 3.5.3 Konfokální snímač (CLA) U této metody se setkáváme s vysíláním bílého světla, které se rozloží na vlnové délky a pomocí optiky se spektrální aberací je směrováno na měřený povrch. Tyto samostatné vlny se odráží od povrchu a vrací se přes štěrbinu, která propustí pouze plně zaostřené vlnové délky. Každá vlnová délka má svojí vzdálenost odrazu, při které se vrátí ostrá. Tuto vlnovou délku poté Obr. 9 Konfokální snímač (CLA) 13
snímá již zmiňovaná CCD snímač, který k určité vlně přiřadí tři souřadnice (X,Y,Z). Přednosti této metody představuje rychlost snímání a vysoké rozlišení. VUT Brno 2013: Vědecké články [citováno 10.2.2010. ] Dostupné na: http://fyzika.fce.vutbr.cz/file/kusak/konfokalni_mikroskopie.pdf 3.5.4 Atomic Force Microscop-AFM (Mikroskopie atomové síly) Má tři režimy snímání povrchu kontaktní, bezkontaktní a poklepový. Nejčastěji používaným je bezkontaktní. Mezi hrotem a vzorkem působí především Van der Waalsovy a elektrostatické síly podobně jako mezi atomy, ze kterých je vzorek složen. Tyto síly jsou tak malé, že k pozorování musíme nosník rozkmitat a sledujeme pouze velikost amplitudy nikoliv ohnutí ramene. Tato metoda se nazývá Frequency Modulated AFM (FM-AFM). Pohyb hrotu je spojen s použitím piezoelektrického skeneru, kvůli jeho schopnosti uskutečnit pohyb hrotem menší než desetina nanometru. Detekce ohnutí nosníku obstarává Laserový triangulační snímač (PSD). Výhody představuje neuvěřitelné rozlišení, v řádech nanometrů a umožnuje měření na atomové úrovni. Nevýhoda je velká ovlivnitelnost podmínkami měření, pomalé měření. VUT Brno 2013: Vědecké články [cit. 2013-29-03]. Dostupné na: <http://fyzika.fce.vutbr.cz/file/kusak/afm_mikroskopie.pdf> Obr. 10 AMF hrot Obr. 11 AMF snímání 14
3.6 Dílčí závěr Přístroj Talysurf CLI 1000 je schopen měřit třemi snímači, a to konfokální sondou (CLA), laserovým triangulačním snímačem a absolutním indukčním dotykovým snímačem. Pro měření dřevěných součástí a dílců je vhodné použít jen některé z uvedených metod. Pro naše měření se nehodí CLA snímač, podobně snímač laserový z důvodu nedokonalého odrazu paprsku od měřeného vzorku. Tím vznikají na měřeném povrchu nevyhodnocená slepá místa. Největší podíl na tom máji veliké nerovnosti povrchu částečně i lepidlo, které zhoršuje kvalitu odrazu. Tyto snímače se používají především pro měření strojních součástí. Z těchto důvodu jsme nuceni využít absolutní indukční dotykový snímač. Tento snímač je schopen eliminovat drobné nečistoty je dostatečně přesný, s dostatečným rozsahem pro měření povrchu QSB desky. Jako nedostatek lze chápat dobu měření, která se pohybuje v našem případě okolo 12 hodin. Pozorovací metoda je čistě subjektivní, proto se nehodí k vyhodnocení vzorku. Porovnávací metoda je využívána především ve strojírenství. Pro dřevěné povrchy nejsou vytvořeny porovnávací etalony. Piezoelektrický snímač je nevhodný díky svému malému vertikálnímu rozsahu. Atomic force microscop je nejpřesnější metodou měření povrchu, pro naše využití nevhodný z důvodu malého rozsahu měření Interferometrický laserový snímač, fotometrické vyhodnocení, můžeme využít k měření našich vzorku, avšak nemáme k přístroji přístup. 3.7 Základní pojmy K zvládnutí problematiky je třeba objasnit některé pojmy, se kterými se při vyhodnocování či nastavování přístroje nevyhneme. Pojmy jsou přebrány z normy: ČSN EN ISO 4287. Geometrické požadavky na výrobky (GPS): Struktura povrchu: Profilová metoda - Termíny, definice a parametry struktury povrchu. Praha: Český normalizační institut, 1999.. Tvar: Prostorové rozložení hmoty, na rozhraní dvou prostředí, charakterizované nerovností povrchu. Nezahrnuje drsnosti ani vlnitost. 15
Vlnitost: Nebo také makronerovnost charakterizuje periodicky opakovanou nerovnosti povrchu. Jedná se o menší nerovnosti než tvarové úchylky od roviny. Způsobené nejčastěji rozmístěním třísek aglomerovaného materiálu a nehomogenitou dřevní hmoty. Nebo způsobené opracováním jako jsou vibrace stroje nerovnost lisovací plochy. Drsnost: Nebo také mikronerovnost charakterizuje ty nejmenší nerovnosti na povrchu, svým způsoben nerovnosti na vlnitosti povrchu. Způsobené například vytrháním vláken dřeva z třísek při broušení. Obr. 12 Schéma povrchových charakteristik 3.7.1 Profily Profil povrchu- je profil vzniklý jako průsečnice skutečného povrchu a dané roviny. Základní profil (P profil): základem pro hodnocení parametrů základního profilu, získá se potlačením krátkovlnných složek profilu povrchu filtrem λs. Profil drsnosti (R profil) roughness profile: profil odvozený ze základního profilu potlačením dlouhovlnných složek použitím filtru λc a úplně nejkratších vlnových složek λs. 16
Profil vlnitosti (W profil) waviness profile: profil odvozený postupnou aplikací filtru profilu λf a filtru profilu λc na základní profil, potlačující dlouhovlnné složky filtrem λf a krátkovlnné složky filtrem profilu λc. 3.7.2 Filtry Pro měření drsnosti a vlnitosti základního profilu jsou používány tři filtry. Mají stejné přenosové charakteristiky ale rozdílné hodnoty mezních vlnových délek cut-off. λs filtr profilu filtr definující rozhraní mezi drsností a kratšími složkami vln přítomnými na povrchu. λc filtr profilu filtr definující rozhraní mezi složkami drsnosti a vlnitosti λf filtr profilu filtr definující rozhraní mezi vlnitostí a delšími složkami vln přítomnými na povrchu. cut-off je taková mezní vlnová délka při které filtr začíná účinkovat. 3.7.3 Parametry 3.7.3.1 Názvy geometrických povrchu P parametr: parametr vypočítaný ze základního profilu R parametr: parametr vypočítaný z profilu drsnosti W parametr: parametr vypočítaný z profilu vlnitosti Základní délka (lp,lr,lw): délka ve směru osy X, použitá pro posouzení nerovností charakterizujících vyhodnocovaný povrch. Vyhodnocovaná délka (ln): délka ve směru osy X, použitá pro posouzení vyhodnocovaného profilu Obr.13 Základní délky profilu 17
Délka snímání: představuje délku měřícího hrotu l která zahrnuje i rozběh (lr) a doběh (ld) měření. Výstupek profilu: z povrchu ven směřující část posuzovaného profilu spojující přilehlé body na průsečíku profilu s osou X Prohlubeň: dovnitř směřující část posuzovaného profilu spojující přilehlé body na průsečíku profilu s osou X Prvek profilu: výstupek a k němu přilehlá prohlubeň Hodnota pořadnice: výška posuzovaného profilu v libovolné hodnotě x Místní sklon: (dz/dx) sklon posuzovaného profilu v poloze x Výška výstupku profilu: vzdálenost mezi osou X a nejvyšším bodem výstupku profilu. Hloubka prohlubně profilu: Obr. 14 Prohlubeň, výstupek, prvek profilu vzdálenost mezi osou X a nejnižším místem profilu. Šířka profilu: délka úseku osy X protínající prvek profilu. Střední čára profilu: základní čára, která má tvar jmenovitého profilu a rozděluje skutečný profil tak, že v rozsahu základní délky je součet čtverců úchylek profilu od této čáry nejmenší. Střední čára základního profilu: čára nejmenších čtverců přiléhající jmenovitému tvaru základního profilu. Střední čára profilu drsnosti: čára odpovídající dlouhovlnné složce profilu potlačené filtrem λc. Střední čára profilu vlnitosti: čára odpovídající dlouhovlnné složce profilu potlačené filtrem λf. 18
3.7.3.2 Výškové parametry Největší výška výstupku profilu Pp, Největší hloubka prohlubně profilu Rp, Wp : Výška Zp nejvyššího výstupku na základní délce profilu. hlubně na základní délce profilu Pp,Rp,Wp : nejnižší Zv místo pro- Nejvyšší výška výstupku profilu Pp, Rp, Wp: výška nevyššího výstupku profilu Zp v základní délce Nejnižší hloubka prohlubně profilu Pv, Rv, Wv: hloubka nejnižší prohlubně profilu Zv v rozsahu základní Obr. 15 Sklon profilu délky. Nejvyšší výška profilu Pz, Rz, Wz: součet všech výšek Zp a hloubek Zv na základní dílce měření Obr. 16 Parametry Rt, Rv,Rt 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 nejnižší prohlubně Zv profilu v rozsahu vyhodnocované délky. 3.7.3.3 Výškové parametry (průměrné hodnoty pořadnic) Průměrná aritmetická úchylka profilu Pa, Ra Wa: aritmetický průměr absolutních hodnot pořadnic v rozsahu základní délky. Průměrná kvadratická úchylka posuzovaného profilu Pq, Rq, Wq: kvadraticky průměr pořadnic Z(x) v rozsahu základní délky Šikmost posuzovaného profilu Psk, Rsk,Wsk: podíl průměrné hodnoty třetích mocnin Z(x) a třetích mocnin hodnoty Pq,Rq, Wq v rozsahu základní délky 19
Průměrný kvadratický sklon posuzovaného profilu Pdq, Rdq, Wdq: kvadratický průměr sklonů pořadnic dz/dx v rozsahu základní délky. 3.8 Obrábění dřeva Obrábění dřeva je technologický proces, při kterém obrobek získává konečný tvar o určitých rozměrech a potřebné kvalitě opracovávaných ploch. Působíme-li na dřevní hmotu řezným nástrojem, vzniká tříska. Tento proces je charakterizován plastickou a elastickou deformací materiálu. A to tak, že v momentě, kdy elastické deformace přestanou odolávat tlaku řezného nástroje, přichází na řadu deformace plastické. V tento moment se v materiálu začne objevovat trhlina (tzv. kluz) materiálu, což vede k vytvoření třísky. (Jurena, 2011) 3.9 Specifikace broušení Broušení je proces obrábění materiálu. Brusný papír je charakterizován jako vícebřitý nástroj, který pracuje při relativně vysoké řezné rychlosti v c (m.s -1 ) a malé třísce. V důsledku působení brusného nástroje na obráběnou plochu vznikají tyto procesy: elastická deformace obráběné plochy, plastická deformace bez odběru třísky, plastická deformace s odběrem třísky. (Jurena, 2011) Obr. 17 Model záběru brusného zrna Popis: vc řezná rychlost, vf posuvová rychlost; γn normální úhel čela, αn normální úhel hřbetu; rn poloměr ostří,1 brousicí kotouč; 2 brousicí zrno, 3 - obráběná plocha, 4 obrobená plocha 3.10 Dílčí závěr Pro výrobu vzorků byla využita pásová bruska se smirkovými pásy o zrnitostech 60, 80, 120. 20
4 VÝROBA A ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY QSB DESKY 4.1 Popis desky QSB je zkratka anglického názvu Quality standard board. Jedná se o dřevotřískovou desku bez orientovaných třísek. Vyrábí se z tříděných třísek, které jsou základem pro kompaktnost a vysokou hustotu v jejím celém průřezu. Jako pojivo je použito melamin-močovino-formaldehydová pryskyřice. Díky které má deska zlepšenou trvanlivost při použití ve vlhkém prostředí. KRONOSPAN CR,spol. s r.o., Katalog Kronobuild [online]. [cit. 2013-04-14]. Dostupné z: http://www.kronospan.cz/ Druhy dřevotřískových desek: P1 Desky pro všeobecné účely pro použití v suchém prostředí P2 Desky pro vnitřní vybavení (včetně nábytku) pro použití v suchém prostředí P3 Nenosné desky pro použití ve vlhkém prostředí P4 Nosné desky pro použití v suchém prostředí P5 Nosné desky pro použití ve vlhkém prostředí P6 Zvlášť zatížitelné nosné desky pro použití v suchém prostředí P7 Zvlášť zatížitelné nosné desky pro použití ve vlhkém prostředí QSB deska je zařazena do kategorie P5 Nosné desky pro použití ve vlhkém prostředí. 4.1.1 Použití desky Výčet základních předpokládaných použití QSB desky je výroba obalů, palet, kontejnerů s vysokými technickými nároky na nosnost a nárazu vzdornost, bednění základů a ztracené bednění. Dále také opláštění stěnových a stropních panelů, dočasné oplocení stavenišť a zakrytí otvorů v budovách či podkladní desky u podlahových systémů. Využití má ve skladovém hospodářství a také jako kostra pro čalouněný nábytek, nábytkové prvky a výplně dveří. KRONOSPAN CR,spol. s r.o.,. Katalog Kronobuild [online]. [cit. 2013-04-14]. Dostupné z: http://www.kronospan.cz/ 21
4.1.2 Přednosti desky Předností má deska hned několik. Vysokou rozměrovou přesnost a tvarovou stabilita. Stejnou pevnost v celém průřezu. Možnost přesného opracování běžnými dřevoobráběcími nástroji jako u masivního dřeva. Snadnou fixaci pomocí klasických spojovacích materiálů. Odolnost vůči vlhkému prostředí. Výhodný poměr cena a užitná hodnota výrobku. Možnost ekologické likvidace popřípadě recyklovatelnost. KRONOSPAN CR,spol. s r.o.,. Katalog Kronobuild [online]. [cit. 2013-04-14]. Dostupné z: http://www.kronospan.cz/ 4.2 Výroba Výběr suroviny: QSB deska je vyráběna z různých forem dřevní hmoty jako například odpadní dřevní surovina, hnědá štěpka, pilařské odřezky, použité dřevo i tyčovina, důlní dřevo, obaly, starý nábytek i kůra. Většinu suroviny tvoří odpadní dřevní hmota z předešlého zpracování. Skladování: Surovina se nechává v hromadách na upravené ploše přirozeně vysychat. Primární zpracování: Surovina prochází buďto z jednostupňového procesu roztřískování (čili jeden stroj přímo ze vstupní suroviny vytvoří třísky pro další zpracování) nebo dvoustupňového procesu (za pomoci dvou na sebe navazujících strojů, štěpkovače a roztřískovače). Zda se při výrobě využije jednostupňové nebo dvoustupňové roztřískování je závislé na velikosti a kvalitě vstupní suroviny. Sušení: Další zpracování vyžaduje vlhkost třísek okolo 3 %. Tento proces zajišťují velkokapacitní bubnové sušárny, kde za pomoci vznosu a horkého vzduchu třísky dosáhnou potřebné vlhkosti během velmi krátké doby, v řádech sekund. Třídění: Suché třísky prochází přes vibrační síta. Tento krok eliminuje nevhodnou surovinu velmi jemné nebo naopak hrubé frakce. Aplikace lepidla: Ze zásobníků suroviny pro výrobu QSB desky pásové unašeče dopravují třísky do nanašečů lepidla. Nanašeče aplikují melamin-močovinoformaldehydovou pryskyřici nejčastěji postřikem. Lisování: Třískový koberec požadované tloušťky smíchaný s lepidlem putuje do více etážového nebo kontinuálního vyhřívaného lisu. Hotové vytvrzené desky se dále formátují, popřípadě brousí jejich povrchové vrstvy. (Böhm a kol. 2012) 22
Pro efektivnost podniku jsou linky pro výrobu QSB desky uspořádány do kontinuální linky. Při výrobě dřevotřískové desky lze použít různá lisovací zařízení rozdělené na: Více etážové lisy plošně lisované nejčastěji používaný typ pro výrobu velkoformátových desek Kontinuální lisy: lisované válcovým lisem pro tenké desky výtlačné pro silné formáty, s možností vylehčení vnitřními otvory Další možné povrchové úpravy QSB desky: Surové s nebroušeným povrchem Surové s broušeným povrchem Dýhované Laminované Kašírované papírovou nebo plastovou folii Podklad pod podlahovou krytinu (Böhm a kol. 2012) 4.3 Fyzikální a mechanické vlastnosti Základní charakteristické mechanické a fyzikální vlastnosti dřevotřískových materiálů shrnu v několika dalších odrážkách. Velikost a orientace třísek: Jedná se o anizotropní materiál, podobně jako vstupní surovina tedy dřevo. Avšak anizotropní chování se dá do jisté míry měnit velikostí a orientací třísek. I mechanické vlastnosti můžeme měnit pomocí velikosti a orientace třísek, vždy záleží na využití výsledného produktu. Platí, že mají-li materiály stejnou hustotu, postupným zmenšováním třísek snižujeme i pevnost. Se zvětšováním třísek, souvisí i proměnlivější hustotní profil desky a předpokládáme i větší vnitřní pnutí. Se snižující se velikostí máme větší možnost upravovat hustotu materiálu a dosahujeme jednodušeji výsledného formátu desky. 23
Je dokázáno, že se zvětšující se velikostí třísek se zvětšuje i pevnost v tahu. Tento jev způsobuje možnost většího překrytí lepených ploch třísek, a lepidlo má pak větší schopnost přenášet síly z třísky na třísku. Veliké třísky nemají vždy kladný vliv. V případě materiálů určených pro další povrchovou úpravu, například laminování nebo polepování, je výhodnější hladší povrch. Toho docílíme jednak broušením povrchové vrstvy, nebo přidáním jemné frakce jako jsou piliny či dřevní prach hlavně do povrchových vrstev. Tím také získáme i rovnoměrnější hustotní profil. Mechanické vlastnosti dřeva jako suroviny jsou v podélném směru několikrát vyšší než v příčném směru na vlákna. Proto orientace třísek hraje velikou roli pro výsledné vlastnosti. (Böhm a kol. 2012) Lisování Jedním z hlavních ovlivňujících parametrů výsledného produktu při výrobě je lisovací etapa. V průběhu lisování dochází k velkému počtu vzájemného působení mezi fyzikálními faktory a také k chemickým reakcím. Tyto interakce nejsou stále dokonale popsány. Ovlivňující vlivy u polymeru dřeva jsou vlhkost, teplota a čas lisovaní. Při nízké teplotě, vlhkosti a krátkém lisovacím čase dosáhneme křehké povahy výrobku. Na opačné straně vysokou teplotou, vlhkostí a po dlouhém lisovacím čase mají výrobky plastickou povahu. Nejčastější typy lisování představují vyhřívané etážové lisy nebo modernější kontinuální lisy. Mezi dvěma deskami nebo pásy dojde k úplnému stlačení třískového koberce. Čas se odvíjí od doby potřebné k prohřátí vnitřní vrstvy materiálu. Nedílnou součástí je i doba potřebná pro vytvrzení lepidla. Tento proces je složen ze tří etap na sebe navazujících, a to z času lisování do potřebné tloušťky, stabilní fáze lisování a času otevírání lisu. První fáze, tedy uzavírání lisu, je nejdůležitější. Přímo ovlivňuje příčný hustotní profil desky. Hustotní profil povrchových vrstev se vytvoří při uzavírání lisu. Středové vrstvy si svojí hustotu vytváří až poté. Změnou lisovacího tlaku ovlivňujeme hustotu desky, zformátování a jakost lepení. Velikost lisovacího tlaku a s časem spojeným lisovacím diagramem opět ovlivníme hustotní profil desky. Velikost lisovacího tlaku záleží na typu vyráběné desky. Například měkké překližky mají lisovací tlak okolo 0,6 MPa, zatím co OSB i QSB desky okolo 6 MPa. (Böhm a kol. 2012) 24
Vlhkost třísek Vlhkost třísek se podílí na době potřebné k prohřátí středových vrstev. Při lisování se voda obsažená v třískách vypařuje v podobě vodní páry, což napomáhá plastifikaci třísek a vytvrzování lepidla. Jestliže jsou třísky více vysušené, dá se předpokládat menší plastifikace povrchové vrstvy, s čímž klesá i možnost její formátování. Větší obsah hustoty vede k strmějšímu příčnému hustotnímu profilu. Větší vlhkost koberce také omezuje stlačitelnost. (Böhm a kol. 2012) Příčný hustotní profil Čím kratší bude uzavírací čas lisu, tím budou horní vrstvy hustší od středových. Naopak čím pomalejší bude uzavírání lisu, tím více prohřejeme středové vrstvy a hustotní profil bude plošší. (Hrázský, Král, 2000) Obr. 18 Hustotní profil dřevotřískové desky Uplatnění strmosti příčného hustotního profilu (ve tvaru U ) nalezneme u namáhání desky na ohyb, kde největší napětí, ať tlakové nebo tahové, působí v povrchových vrstvách. Za nejčastější procentuální poměr rozložení třísek lze považovat 30-40- 30 nebo 25-50-25 v pořadí povrchová, středová, povrchová vrstva. Plošná hustota v dřevotřískové desce není rovnoměrná. Přičemž hustota povrchových vrstev může být tvořena až 130 % zatím co středová třeba jen 70% z průměrné hustoty desky. Problém nastává u vyšších koberců, anebo při zpracování větších třísek, které se různě překrývají 25
a dochází k vytvoření desky s nerovnoměrnou plošnou hustotou. S nerovnoměrnou hustotou souvisí nerovnoměrné bobtnání desky vlivem vnější vlhkosti a tím i větší vnitřní pnutí materiálu. (Böhm a kol. 2012) Vlhkost Stejně jako dřevo samotné je schopné vyměňovat si vodu s okolím, tak i materiály na bázi dřeva si tuto vlastnost uchovávají. Velikost této výměny ovlivňuje vlhkost materiálu samotného, teplota a relativní vzdušná vlhkost. (Böhm a kol. 2012) Navlhavost je tedy nežádoucí. Sorpční vlastnosti aglomerovaných materiálů ovlivňuje nejvíce množství použitého lepidla a hydrofobních látek. (Hrázský, Král, 2000). Dřevo samotné je schopno se po odstranění vlhkosti vrátit do původních rozměrů. Aglomerované materiály, vlivem vlastního vnitřního pnutí, se po vysušení do svého původního stavu buďto nevrací, anebo se vrátí jen částečně. (Böhm a kol. 2012) Výrobce dřevotřískové QSB desky KRONOSPAN CR,spol. s r.o. se odvolává na českou státní normu ČSN EN 312. A QSB desce deklaruje fyzikální a mechanické vlastnosti kvality dřevotřískové desky P5. uvedené v tabulkách č:1 a 2: Tab. 1 Specifické požadavky na třískové desky typu P5 podle ČSN EN 312 Specifické požadavky na třískové desky typu P5 podle ČSN EN 312 Vlastnosti zkušební postup Požadavek >4 až 6 Pevnost v ohybu EN 310 19 18 16 16 16 16 MPa >6 až 13 Tloušťková třída v (mm) >13 >20 >25 až až až 20 25 32 >32 až 40 Jednotky Modul pružnosti v ohybu EN 310 2550 2550 2400 2150 1900 1700 MPa Rozlupčivost Bobtnání v tloušťce EN 319 0,5 0,45 0,45 0,4 0,35 0,3 MPa po varném testu EN 1087-1 0,15 0,15 0,14 0,12 0,11 0,10 MPa po zkoušce cyklováním EN 312 0,30 0,25 0,22 0,20 0,17 0,15 MPa po 24 hodinách EN 317 12 11 10 10 10 9 % po cyklování EN 321 12 12 12 11 10 9 % 26
Tab. 2 Všeobecné požadavky na třískové desky podle ČSN EN 312 Tolerance jmenovitých rozměrů Tolerance Všeobecní požadavky na třískové desky podle ČSN EN 312: Vlastnosti Zkušební postup Požadavek tloušťka (nebroušená deska) EN 324-1 - 0,3 mm;+1,7 mm délka a šířka EN 324-1 +/- 5 mm přímost boků EN 324-2 1,5 mm/m pravoúhlost EN 324-2 2mm/m Vlhkost EN 322 5% -13% Tolerance hustoty vzhledem k hustotě uvnitř EN 323 +/- 10 % Obsah formaldehydu-třída E1 (perforátor.metoda) EN 120 8mg/100g a.s. 5 NÁVRH A ZPRACOVÁNÍ METODIKY MĚŘENÍ KVALITY POVRCHU QSB DESKY 5.1 Výroba vzorků Z celé QSB desky, od výrobce KRONOSPAN CR,spol. s r.o., o rozměrech 2500 mm x 625 mm vyřežeme vzorky z horní části desky o rozměrech 100 mm x 100 mm, které následně označíme horní stranu jako lícovou a dolní jako rubovou stranu a obrousíme brusnými papíry různé zrnitosti. V našem případě zhotovujeme vzorky bez povrchové úpravy dále broušené brusnými papíry o zrnitostech 60, 80 a 120. Všechny čtyři vzorky následně vyhodnocujeme z obou stran. Dále označované jako: Tab. 3 Označení vzorků Vzorek Označení Název strany Název strany Nebroušeno Vz 0 L-strana R-strana Broušeno 60 Vz 60 L-strana R-strana Broušeno 80 Vz 80 L-strana R-strana Broušeno 120 Vz 120 L-strana R-strana 27
Obr. 19 Označení L-strany Obr. 20 Označení R-strany 5.2 Metodika měření 5.2.1 Popis přístroje Talysurf CLI 1000 Přístroj Talysurf CLI je přístroj k rychlému prostorovému měření, následnému vyhodnocení povrchu, a to s vysokým rozlišením. Systém CLI je schopen prostorově měřit ve všech třech osách (x,y,z). Pro měření může využívat, jak dotykových, tak bezdotykových metod měření. Umožnuje měření jednoho profilu řezu (2D) i plošné měření (3D) Je schopen měřit třemi způsoby, buď indukčním dotykovým způsobem Form Talysurf, nebo bezdotykovým způsobem laserovou triangulační sondou a CLA konfokálním snímačem (Chromatic Length Aberration CLA) Přistroj Talysurf využívá automatického posuvu ve všech třech osách s maximální rychlostí posuvu s použitím CLA sondy 30 mm/s, a 3 mm/s s použitím dotykového indukčního snímače. Dále je synchronní s programem od firmy Taylor Hobson Talymap pomocí kterého se vyhodnocují data dotykovou nebo bezdotykovou metodou. -NOVÁK, Zdeněk. PROSTOROVÉ MEŘENÍ A HODNOCENÍ TEXTURY POVRCHU PŘÍ- STROJI TAYLOR HOBSON Ltd. [online]. [cit. 2013-04-22]. Dostupné z: http://gps.fme.vutbr.cz/stah_info/2_novak_3d_mereni_textury.pdf 28
5.2.2 Podmínky měření Měření 3D a 2D drsnosti povrchu probíhalo na 3D profilometru Talysurf CLI 1000 indukčním dotykovým snímačem za podmínek uvedených v tabulce 1. Tab. 4 Podmínky měření topografie povrchu Snímač Rychlost měření Plocha měření Krok Typ Rozsah vpřed/vzad 25 mm x 25 20 µm x 20 Dotykový - hrot 2,5 mm 2 mm.s -1 /3 mm.s -1 mm µm Ze vzorků o velikosti 100 mm x 100 mm vyhodnotíme plochu o velikosti 25 mm x 25 mm v osách x a y. Při jednom měření bylo naměřeno 1250 řezů na ploše s 1250 body v jednom řezu. Na ploše o rozměrech 25 mm x 25 mm vybrané uprostřed vzorku, naměříme 1 562 500 bodů k vyhodnocení. K vyhodnocení 2D parametrů využijeme 3 profily. Profily průřezu jsou vedeny ve vzdálenostech 62,5 mm od sebe, čili ve třetinách měřené plochy. K vyhodnocení 3D parametrů využijeme celý snímaný povrch. U vzorků snímáme rub i líc pro 2D i 3D vyhodnocení. Obr. 21 Místa snímání základního povrchu pro 2D vyhodnocení 29
Postup vyhodnocování 2D parametrů a) Výběr profilu b) Vyrovnání plochy Levelling vyrovnání plochy podle zvolené oblasti. c) Odstranění tvaru Form removal odstranění tvaru je prováděno polynomem 3. řádu. d) Stanovení prahu (pásma) citlivosti Thresholding zahrnutí odpovídajícího spektra dat do analýz; výšková korekce dat získání základní plochy pro stanovení parametrů drsnosti. e) Zobrazení parametrů 3D zobrazení vybraných parametrů 2D drsnosti povrchu. f) Filtrace mezi vlnitostí a drsností. g) Zobrazení plochy drsnosti a vlnitosti (Svoboda,2007) a) Výběr profilu Postup vyhodnocování 3D parametrů b) vyrovnání plochy Levelling vyrovnání plochy podle zvolené oblasti. c) Odstranění tvaru Form removal odstranění tvaru je prováděno polynomem 3. řádu. d) Stanovení prahu (pásma) citlivosti Thresholding zahrnutí odpovídajícího spektra dat do analýz; výšková korekce dat získání základní plochy pro stanovení parametrů drsnosti. e) Zobrazení parametrů 3D zobrazení vybraných parametrů 2D drsnosti povrchu. f) Filtrace mezi vlnitostí a drsností. g) Zobrazení plochy drsnosti a vlnitosti. (Svoboda, 2007) Tab. 5 Parametry vyhodnocování povrchu Parametr 2D profil 3D plocha Velikost plochy 25 mm x 25 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 mm x 2,5 mm 30
5.2.3 Měřené charakteristiky U profilů jak 2D tak 3D bylo naměřeno velké množství parametrů podle normy EN ISO 4287. K vyhodnocení povrchu využijeme pouze tyto: 2D parametry měření drsnosti: 1) R a průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti [µm] 2) R z největší výška profilu drsnosti (na základní délce) [µm] 3) R da průměrný kvadratický sklon profilu drsnosti - [ ] 2D parametry měření vlnitosti: 1) W a průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti - [µm] 2) W z největší výška profilu drsnosti (na základní délce) - [µm] 3D parametry měření drsnosti základní plochy: S a - Průměrná aritmetická úchylka základní plochy [µm] Sa W - Arithmetic mean deviation of the surface průměrná aritmetická úchylka plochy drsnosti S dq - Průměrná kvadratický sklon základní plochy - [ ] Vvv - Void volume of valleys - prázdný objem prohlubní základní plochy [cm 3 /m 2 ] VVc - Void volume of the dore - prázdný objem jádra základní plochy [cm 3 /m 2 ] 31
6 VYHODNOCENÍ EXPERIMENTÁLNÍCH VÝSLEDKŮ Po použití filtrů na základní profil (Obr. 22) získáváme profil vlnitosti (Obr. 23) a drsnosti (Obr. 24). Po použití filtrů na základní plochu (Obr. 25) získáváme plochu drsnosti (Obr. 26) a vlnitosti (Obr. 27). Naopak po spojení profilu drsnosti a vlnitosti dostaneme základní profil. Podobně když plochu drsnosti spojíme s plochou vlnitosti, dostaneme plochu základní. Znázornění základních filtrovaných profilů: Obr. 22 Základní profil Vz 0 Obr. 23 Profil vlnitosti Vz 0 Obr. 24 Profil drsnosti Vz 0 32
Znázornění základní plocha a filtrovaných ploch: Obr. 25 Základní plocha Obr. 26 Plocha vlnitosti Obr. 27 Plocha drsnosti Vyhodnocení: Filtrujeme-li základní plochu Gaussovým plošným filtrem, získáme plochu vlnitosti a plochu drsnosti. Případně spojením ploch drsnosti a vlnitosti dostaneme nazpět plochu základní. Pro vyhodnocení některých povrchu se nehodí plocha základní, proto se využívají tyto filtrované plochy. Plocha drsnosti je výhodná především pro hodnocení strojních součástek s velkou přesností. Naopak plocha vlnitosti lépe charakterizuje opakující se prvky v ploše, například u námi zvoleného aglomerovaného materiálu rozložení třísek, potažmo výstupků a prohlubní. 33
3D parametry základního profilu: Obr. 28 Vz 0 Obr. 29 Vz 60 Obr. 30 Vz 80 Obr. 31 Vz 120 Vyhodnocení: U vzorků základní plochy je patrné jak se broušením brusnými papíry zrnitostí od 0 do 120 zvyšuje rovinatost povrchu. Snižuje se množství a velikost výstupků. Avšak objem a tvar prohlubní zůstává neovlivněn. 34
Porovnání 3D parametrů mezi stranami R a L Obr. 32 Vz 0, základní povrch, R-strana Obr. 33 Vz 0, základní povrch, L-strana Obr. 34 Vz 120, povrch vlnitosti, R-strana Obr. 35 Vz 120, vlnitost povrch, L-strana Obr. 36 Vz 120, povrch drsnosti, R-strana Obr. 37 Vz 120, povrch drsnosti, L-strana Vyhodnocení: Při porovnání vzorků základní plochy vidíme, že třísky ze strany R jsou menší než třísky strany L. U povrchu vlnitosti u povrchu broušeného nevyšší zrnitostí papíru tedy 120, je opticky porovnatelné, že Vz 120 R-strany obsahuje méně prohlubní než L-strana a je rovinatější. Povrchy drsnosti se jeví velice podobné. 35
6.1 Vyhodnocení 2D parametrů V této kapitole se práce zabývá pouze 2D parametry pro hodnocení měřeného povrchu. Grafy jsou proloženy především lineární spojnicí trendu. Pro porovnání tendencí klesání nebo růstu v závislosti na broušení vzorků. Vyhodnocované hodnoty pozorovaných parametrů jsou uvedeny v tabulkách a grafech šesté kapitoly. Tab. 6 Průměrné hodnoty z výsledků měření Vzorek 0 R- strana L-strana Parametr Jednotky Průměr Směrodatná Průměr Směrodatná odchylka odchylka R a µm 19,33 4,98 24,80 3,28 R q µm 25,53 5,92 33,03 5,29 R z µm 112,07 21,66 146,33 24,64 W a µm 32,30 12,14 29,57 2,00 W q µm 36,97 15,05 33,53 2,67 W z µm 70,97 30,54 66,67 6,70 R vo cm 3 /m 2 4,90 5,75 2,61 1,46 R da [ ] 8,85 2,03 11,23 1,33 R dq [ ] 14,21 3,58 18,10 2,47 W vo cm 3 /m 2 8,75 6,00 4,49 1,26 Tab. 7 Průměrné hodnoty z výsledků měření Parametr Jednotky Průměr Vzorek 60 R- strana L-strana Směrodatná odchylka Průměr Směrodatná odchylka R a µm 12,63 0,50 12,31 2,00 R q µm 19,67 1,39 17,40 3,18 R z µm 99,77 7,58 78,90 16,93 W a µm 11,10 0,78 13,57 2,53 W q µm 13,50 0,57 15,40 2,84 W z µm 32,53 2,67 28,63 4,52 R vo cm 3 /m 2 0,39 0,31 0,63 0,59 R da [ ] 7,57 0,31 6,72 1,19 R dq [ ] 11,97 0,41 11,51 1,85 W vo cm 3 /m 2 2,77 0,46 1,17 0,52 36
Tab. 8 Průměrné hodnoty z výsledků měření Vzorek 80 R- strana L-strana Parametr Jednotky Průměr Směrodatná Průměr Směrodatná odchylka odchylka R a µm 6,99 1,18 5,57 0,95 R q µm 10,54 1,81 8,58 1,40 R z µm 55,13 9,17 43,57 5,49 W a µm 5,94 1,61 6,42 1,18 W q µm 6,82 1,58 7,44 1,52 W z µm 14,50 3,23 14,73 4,65 R vo cm 3 /m 2 0,23 0,09 0,16 0,08 R da [ ] 4,87 0,51 4,06 0,69 R dq [ ] 8,02 1,07 7,08 1,06 W vo cm 3 /m 2 1,96 1,46 0,62 0,13 Tab. 9 Průměrné hodnoty z výsledků měření Parametr Jednotky Průměr Vzorek 120 R- strana L-strana Směrodatná odchylka Průměr Směrodatná odchylka R a µm 3,91 1,02 2,95 0,74 R q µm 5,76 1,55 4,25 1,51 R z µm 32,27 9,20 22,50 8,19 W a µm 2,64 0,35 2,46 0,49 W q µm 3,07 0,37 2,89 0,66 W z µm 7,15 0,61 6,46 1,76 R vo cm 3 /m 2 0,05 0,01 0,42 0,44 R da [ ] 3,67 0,68 3,52 0,57 R dq [ ] 5,79 1,29 5,14 1,25 W vo cm 3 /m 2 1,93 0,21 2,13 0,22 37
30,00 Průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti 25,00 R a [µm] 20,00 15,00 10,00 R-strana L-strana 5,00 0,00 0 20 40 60 80 100 120 Zrnitost papíru Obr. 38 Průměrná aritmetická úchylka profilu drsnosti Vyhodnocení: Z tohoto grafu je patrný, klesající trend jak R-strany, tak L-strany následkem broušení povrchu. V absolutní hodnotě měření nebroušeného vzorku je rozdíl zhruba 5 µm. Když povrch obrousíme zrnitostí papíru 60,80 i 120 jsou hodnoty R a, jak pro L-stranu, tak R-stranu, téměř totožné. Dále pozorujeme překřížení spojnic trendu. Příčinou je, že R-strana má kvalitnější povrch již z výroby a ponechává si svoje prohlubně i nadále po broušení, zatímco L-strana má více výstupků, které jsou broušením snižovány, a tím je dosaženo kvalitnějšího povrchu. Dále je možné konstatovat, že následkem broušení zrnitostí papíru 60 dojde k relativně velkému snížení hodnoty R a. Vzorky broušené zrnitostí 80 a 120 takové snížení nevykazují. U parametru W a jsou výsledné hodnoty velice podobné, liší se pouze v rozpětí absolutních hodnot, a to u strany R- strany od 32,3 µm do 2,64 µm a L-strana od 29,57 µm do 2,46 µm. 38
R z [µm] 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 Největší průměrná výška profilu drsnosti na základní délce R-strana L-strana 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 Zrnitost papíru Obr. 39 Největší průměrná výška profilu drsnosti na základní délce Vyhodnocení: U parametru R z pozorujeme opět klesající tendenci u obou stran. I tady vykazuje L-strana strmější průběh klesání hodnot R z. Stejných hodnot R z dosahujeme u broušení zrnitostí papíru okolo 60. Absolutní rozdíl hodnot nebroušeného povrchu je 34,27 µm. Broušením vzorků se rozdíl snižuje. Z toho vyplývá, že broušením snižujeme výstupky na měřené ploše, tím dosahujeme menších rozdílů mezi prohlubněmi a výstupky na měřené ploše. U profilu vlnitosti W z výsledky měření vykazují menší rozdíly mezi stranami vzorku. Tendence klesání jsou téměř totožné. Absolutní hodnoty jsou u R- strany od 70,97 µm do 7,15 µm a L-strany od 66,67 µm do 6,46 µm. 39
Průměrný kvadratický sklon profilu drsnosti -[ ] 12,00 10,00 8,00 R da [ ] 6,00 4,00 2,00 R-strana L-strana 0,00 0 20 40 60 80 100 120 140 Zrnitost papíru Obr. 40 Průměrný kvadratický sklon profilu drsnosti Vyhodnocení: Z parametru R da vyplývá několik vlastností povrchu: Tření: Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím sklon povrchu i povrchové tření. Odrazivost světla: Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, zvyšujeme tím odrazivost světla od povrchu desky. Elasticita: Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím snadnost deformace povrchu desky zátěží. Opotřebení: Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím možnost opotřebení povrchu desky. Přilnavost: Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím přilnavost povrchu desky. I u paramatru R da je patrné, že R-strana je z výroby kvalitněji opracovaná. L-strana vykazuje strmnější klesání následkem broušení povrchu vzorku i větší změnu vlastností. 40
6.2 Vyhodnocení 3D parametrů Tab. 10 Naměřené hodnoty 3D parametrů R-strana VZ 0 VZ 60 VZ 80 VZ 120 V vc 36,400 17,200 9,680 9,240 cm 3 /m 2 V vv 13,800 9,730 7,030 7,000 cm 3 /m 2 L-strana V vc 33,400 17,500 13,300 7,880 cm 3 /m 2 V vv 17,800 13,100 9,350 4,170 cm 3 /m 2 Tab. 11 Naměřené hodnoty 3D parametrů R-strana Vz 0 Vz 60 Vz 80 Vz 120 Jednotky S a 39,7 22,7 15 14,5 [µm] Základní S z 535 358 239 269 [µm] povrch S t 543 360 239 270 [µm] S dq 0,676 0,491 0,398 0,391 [ ] S aw 22,1 12,2 8 8,4 [µm] Povrch vlnitosti Povrch drsnosti S zw 204 112 80,4 94,6 [µm] S tw 248 168 106 120 [µm] S dqw 0,048 0,0294 0,02 0,023 [ ] S ar 28 17,1 11,5 10,8 [µm] S zr 508 392 260 305 [µm] S tr 537 427 307 350 [µm] S dqr 0,575 0,414 0,335 0,382 [ ] L-strana Vz 0 Vz 60 Vz 80 Vz 120 Jednotky Základní povrch Povrch vlnitosti Povrch drsnosti S a 45,6 28 19,9 9,54 [µm] S z 531 450 355 180 [µm] S t 543 456 360 182 [µm] S dq 0,766 0,512 0,45 0,329 [ ] S aw 25,7 16,1 11,8 4,88 [µm] S zw 241 167 123 52,4 [µm] S tw 340 242 288 64,3 [µm] S dqw 0,0582 0,041 0,031 0,013 [ ] S ar 30,8 19,7 13,9 7,81 [µm] S zr 580 462 427 209 [µm] S tr 607 491 464 221 [µm] S dqr 0,645 0,439 0,381 0,272 [ ] 41
S a [µm] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Průměrná aritmetická úchylka základní plochy 0 50 100 150 Zrnitost papíru R-strana L-strana Obr. 41 Parametr S a Vyhodnocení: Průměrná aritmetická úchylka základní plochy představuje jeden ze základních parametrů charakterizující vlastností měřené plochy. Zahrnuje jak drsnost povrchu, tak i vlnitost povrchu. Grafy pro vlnitost i drsnost jsou velice obdobné. Liší se pouze v absolutních hodnotách uvedené v tabulce č.11. Broušením dokážeme u L-strany snižovat hodnotu S a při broušení zrnitostí papíru až do 120, zatímco u R-strany se snižování zastaví u zrnitosti papíru 80. Tento jev je způsobený kvalitou povrchu R-strany, kde již nejde snížit velikost prohlubní, které ovlivňují parametr S a dalším broušením. U R-strany jsem schopni broušením snížit hodnotu S a na čtvrtinu dříve než u L-strany. 42
Průměrný kvadratický sklon základní plochy S dq [µm/μm] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 50 100 150 Zrnitost papíru R-strana L-strana Obr. 42 Parametr S dq Vyhodnocení: Průměrný kvadratický sklon plochy koresponduje s průměrným kvadratickým sklonem profilu drsnosti. Má klesající tendenci kde u R-strany je vyšší kvalita hned z výroby a zlepšování povrchu broušením je pomalejší. Také můžeme konstatovat, že u R-strany po obroušení zrnitostí papíru 80 již nedojde k dalšímu snížení parametru R dq. Vlastnosti povrchu: Tření : Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím sklon i povrchové tření. Odrazivost světla : Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, zvyšujeme tím odrazivost světla od povrchu desky. Elasticita : Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím snadnost deformace povrchu desky zátěží. Opotřebení : Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím možnost opotřebení povrchu desky. Přilnavost : Když povrch brousíme vyšší zrnitostí papíru, snižujeme tím přilnavost povrchu desky. I u paramatru S dq je patrné, že R-strana je z výroby kvalitněji opracovaná jeji vlastnosti se po obroušení větší zrnitostí papíru než 80 dále téměř nemění. L-strana vykazuje strmnější klesání následkem broušení povrchu vzorku i větší změnu vlastností. 43
40 Prázdný objem prohlubní základní plochy V vc [cm 3 /m 2 ] 35 30 25 20 15 10 5 R-strana L-strana 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Zrnitost papíru Obr. 43 Parametr V vc Vyhodnocení: Hodnota parametru V VC má velice podobnou klesající tendenci z obou měřených stran. Největší rozdíl vykazují hodnoty u měření nebroušeného povrchu. A to 8 cm 3 /m 2. Rozdíl u zrnitosti papíru 80 mezi L-stranou a R-stranou je zřejmě způsoben nedokonalým obroušením povrchu nebo výběrem místa pro měření s velkým množstvím prohlubní. Jinak lze předpokládat velice podobné hodnoty vzhledem ke spojnici trendu. Vyčteme také, že při broušení zrnitostí papíru 60 snížíme objem prohlubní základní plochy z 35 cm 3 /m 2 na polovinu a to na 17,35 mm 3 /m 2. Broušením zrnitostí papíru 120 se dostaneme na průměrnou hodnotu 7,4 mm 3 /m 2, což umožnuje snížení objemu prohlubní základní plochy až čtyřikrát od nebroušeného vzorku. Snižování parametru V vc se od broušení zrnitostí papíru 80 dále neuskutečňuje. 44
V Vv [cm 3 /m 2 ] 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Prázdný objem jádra základní plochy 0 20 40 60 80 100 120 140 Zrnitost papíru R-strana L-strana Obr. 44 Parametr V vv Vyhodnocení: Při vyhodnocování parametru jádra základní plochy opět vidíme rozdíl 40 mm 3 /m 2 mezi stranami L a R nebroušeného vzorku. Po broušení dochází ke snižování objemu. Jsme schopni broušením zrnitostí papíru 120 snížit objem jádra základní plochy až čtyřikrát. U R-strany broušené zrnitostí papíru 80 a 120 nastane minimální změna prázdného objemu jádra základní plochy. 7 POSOUZENÍ TECHNOLOGIE A KVALITY VÝROBY DESEK Z HLEDISKA PRODEJE A CENY VÝROBKU V této kapitole budeme porovnávat QSB desku s nejprodávanější stavební deskou a to deskou OSB. KRONOSPAN CR,spol. s r.o. deklaruje fyzikální a mechanické vlastnosti QSB desky typu P5, což je deska s použitím do vlhkého prostředí. Ve srovnání s OSB deskou pro použití do vlhkého prostředí získáváme horší mechanické vlastnosti. Ale s poklesem kvalit vlastností klesá i cena, kterou následující kapitola nastíní. Výrobní podnik KRONOSPAN CR,spol. s r.o. se zaměřil na výrobu produktů, prodej svých výrobků nechávají na externích dodavatelích. Velkoobchodní ceny není firma ochotna zveřejňovat. Pro zhodnocení ceny výrobku jsem použil jednoho z největších distributorů pro jižní Moravu, a to DEKTRADE a.s.. 45
Ceny jsou závislé na tloušťce desky na tom, zda je deska vybavena perem a drážkou či není. Obr. 45 Ceník QSB a OSB desky 46