A természetes faanyag tulajdonságainak módosítása termo-hidromechanikus és vegyi eljárásokkal - Báder Mátyás (2021)
A természetes faanyagok számos kedvező tulajdonsággal rendelkeznek, melyek történelmi idők óta alkalmassá teszik arra, hogy használati tárgyaink, bútoraink, épületeink, stb. anyagául szolgáljanak. A módosítási eljárások széles skáláján a rostirányú tömörítés egy viszonylag új eljárás, melynek ipari fejlesztése ma is zajlik. Az előállítható (zömében hajlított) termékek körének szélesítése, ill. azok tulajdonságainak javítása anyagtudományi alapokon nyugvó kutatásokat igényel, melyek hiánypótlóak. Kutatásom célkitűzése e hajlítható modifikált faanyagban végbemenő változások molekuláris, szubmikroszkópos szintről induló minél jobb megismerése, a módosítás lehetőségeinek és határainak feltárása, valamint az ipar számára is hasznos technológiai paraméterek meghatározása. A laboratóriumi célokra fejlesztett berendezés segítségével gőzölés után tömörítettük a bükk és tölgy fafajú mintákat. Rosttelítettség feletti nedvességtartalommal rendelkező, göcsöktől és egyéb hibáktól mentes, egyenes rostlefutású faanyagot használtunk. A tömörítés relatív sebessége 20-25%/min volt, a tömörítési arány 20% a kiindulási mérethez viszonyítva (20×20×200 vagy 20×30×200 mm). Két fő eljárással dolgoztunk: egyiknél az összenyomás befejeztével a modifikáció véget ért, a minták készen álltak a további felhasználásra. A másik módszernél a faanyagot tömörítés után bizonyos ideig összenyomott állapotban tartva fixált minták keletkeztek. A kész mintatesteken a vizsgálatokat lehetőleg a vonatkozó szabványok szerint hajtottuk végre. A fixálás felerősíti a rostirányú tömörítés által indukált változásokat, jó példa erre a rugalmassági modulus, amely a tömörítés hatására 40%-ra csökken. Legalább 3 óra hosszan tartó fixálással ez az érték a kiindulási érték 25%-a lesz, és a faanyag alakíthatósága további jelentős javulást mutat. A sejtszerkezetben torzulások jelentkeznek, az edények- és rostok sejtfalai főként a gyengén megtámasztott szakaszaikon hullámosodnak. Szubmikroszkopikus szinten vizsgálva az S2 sejtfalréteg benyomódási modulusa és keménysége csökken, továbbá a dimenzió-stabilitás rostirányban jelentősen romlik. Ezt az atomerő-mikroszkópos felvételek magyarázzák, ahol kirajzolódik, hogy a mikrofibrillák elhajolnak és a nedvességváltozás hatására bekövetkező jelentős mértékű keresztirányú méretváltoztatásuk részben a sejt hossztengelyével párhuzamosan hat. Infravörös spektroszkópiás vizsgálatok bizonyították, hogy a gőzölés, a tömörítés és a fixálás mindegyike változásokat okoz a hidroxil-csoportokban, valamint további C-O és C-H funkciós csoportokban. Ez megmutatkozik a tömörített faanyag szorpciós viselkedésén, mely lassabban reagál a megváltozott klímakörülményekre. A rosttelítettségi nedvességtartalma csökken. A rostirányú tömörítés hatására 1% nedvességtartalom-változás a rugalmassági modulust 5,0%-kal, a hajlítószilárdságot 4,2%-kal, míg az elérhető legnagyobb alakváltozást 7,6%-kal változtatja meg. A kezeletlen faanyaghoz képest akár tízszeres rostirányú zsugorodás-dagadás azonban főként a sejtszerkezeti változásoknak tudható be. A dimenzió-stabilitási gondok nagymértékben javíthatónak bizonyultak tejsavas impregnálással, megőrizve a rostirányban tömörített faanyagok környezetbarát mivoltát.