Materiály na bázi dřeva

Dřevo slouží potřebám lidstva již několik tisíc let. Zatímco při výrobě nábytku je potenciál dřeva přiměřeně zužitkován, ve stavebnictví na své masivní využití dřevo teprve čeká. Je to způsobeno především tím, že vlastnosti dřeva jsou oproti jiným materiálům používaným ve stavebnictví značně odlišné. Ačkoliv poměr nízké objemové hmotnosti a vysoké pevnosti (v porovnání s ostatními stavebními materiály) zajišťuje dřevu výborné předpoklady pro použití v nosných konstrukcích, často se hovoří o následujících vlastnostech bránících jeho širšímu využití:

- hygroskopicitě (schopnost látek pohlcovat vlhkost) a s ní spojených změnách rozměrů při změně vlhkosti,

- nehomogenitě (různorodost struktury, kvality a vlastností),

- anizotropii (nestejnoměrnost vlastností v různých směrech – mechanické vlastnosti v podélném směru několikanásobně převyšují vlastnosti v příčném směru),

- nízké odolnosti proti otevřenému ohni.

Důvody vedoucí ke vzniku materiálů na bázi dřeva

Hlavním důvodem, který vedl k vývoji materiálů na bázi dřeva, byla snaha o výrobu produktů využívajících příznivé vlastnosti dřeva (izolační vlastnosti, snadná obrobitelnost, příznivé působení na prostředí, nízké výrobní nároky na energii) a zároveň překonávajících jeho nevýhody.

Protože dřevo je materiál tvořený z vláken, který sesychá/bobtná pouze ve směru kolmém na vlákna, lze rozměrové změny materiálů na bázi dřeva minimalizovat vhodným konstrukčním řešením, například tzv. křížovým lepením (lepením materiálu tak, že směry vláken jednotlivých lepených vrstev jsou na sebe kolmé). Při výrobě aglomerovaných materiálů se dřevo nejdříve dezintegruje na drobné části a tyto drobné části se následně spojují do jednoho celku s uspořádáním podle požadavků na konečný produkt. Tímto výrobním postupem lze dosáhnout nízké vlhkostní roztažnosti.

Materiály na bázi dřeva také překonávají nehomogenitu přírodního dřeva a rozšiřují rozmanitost jednotlivých konstrukčních řešení. Ačkoliv tyto materiály, stejně jako použitá výrobní surovina, vykazují anizotropní chování, na rozdíl od dřeva lze stupeň anizotropie kompozitních materiálů regulovat (například velikostí a orientací dřevních částic). To je další podstatná výhoda těchto materiálů, neboť jejich vlastnosti v jednotlivých směrech mohou být řízeny podle požadavků na konečný způsob aplikace.

Variabilita mechanických vlastností je u kompozitních materiálů také menší než v případě nehomogenního přírodního materiálu – dřeva (Baker, 2002).

Mezi další významné výhody těchto materiálu patří:

- možnost výroby produktů v rozměrech, které jsou omezovány pouze použitou výrobní technologií,

- možnost efektivnějšího využití přírodního obnovitelného materiálu,

- snadnější přizpůsobení měnícím se požadavkům trhu,

- v porovnání s ostatními materiály menší zatížení životního prostředí z důvodů minimální spotřeby chemických látek, které jsou ve výrobku obsaženy (Thelandersson, Larsen, 2003),

- schopnost výroby materiálů s vysokou odolností vůči biotickým činitelům a proti ohni po přidání chemických přípravků a retardérů hoření.

Moderní materiály na bázi dřeva jsou vyráběny převážně ze sortimentů nízké kvality z rychle rostoucích druhů dřevin. Skutečnost, že surovina nízké kvality může být použita pro výrobu vysoce kvalitního produktu, je pokládána za jednu z největších výhod těchto materiálů, a to zejména v případech, kdy jsou pro výrobu používány malé průměry kulatin. Další výhodou je, že díky různým technologickým postupům mohou být z několika málo druhů dřevin vyráběny materiály se širokou škálou vlastností pro odlišné aplikace (Breyr, 1993; Štefka, 2002).

Mechanické a fyzikální vlastnosti materiálů na bázi dřeva

Na mechanicko-fyzikální vlastnosti (a na způsoby aplikace) materiálů na bázi dřeva mají výrazný vliv téměř všechny výrobní parametry. Mezi nejpodstatnějšími se obvykle uvádí: velikost, geometrie, orientace, formování a kvalita dřevních částí, typ a množství použitého lepidla a přídavných látek a lisovací faktory, které vzájemnou interakcí v průběhu lisování třískového koberce usměrňují zejména tvorbu hustotního profilu charakterizujícího rozložení hustoty v deskách.

Základní dřevní části, ze kterých jsou nejčastěji vyráběny aglomerované materiály, jsou zobrazeny na obr. 2.

Způsob využití jednotlivých materiálů a je-jich mechanicko-fyzikální vlastnosti se často odvozují podle hustoty (nebo příčného hustotního profilu). Obecně platí, že s vyšší hustotou se mechanické vlastnosti materiálů zlepšují, ale při změnách vlhkosti také dochází k většímu bobtnání (Strickler, 1959; Suchsland, 1962; Kelly, 1977; Wang et. al., 2000).

Při výrobě materiálů na bázi dřeva dochází při zmenšování velikostí částic ke zlepšení možnosti jejich formování při lisování, což má za následek stoupající hustotu vyráběného materiálu. V grafu 1 jsou zobrazena rozmezí normovaných hodnot hustoty jednotlivých materiálů. V praxi se obvykle hustota materiálů pohybuje blízko spodní hranice intervalu.

U běžně vyráběných materiálů pro konstrukční účely mají povrchové vrstvy obvykle větší hustotu než vrstva středová (Xu, Winistorfer, 1995). Při namáhání v ohybu působí na konstrukční prvky největší síla v povrchových vrstvách. Proto je výhodné vyrábět konstrukční materiály s příčným hustotním profilem ve tvaru písmene „U“ s větší hustotou povrchových vrstev než ve vrstvě středové. Takto vyrobené desky dosahují vyšších hodnot ohybové pevnosti a modulu pružnosti v ohybu než desky s rovnoměrným příčným hustotním profilem při stejné průměrné hustotě (Painter et. al., 2006a).

Pevnost v ohybu a modul pružnosti v ohybu jsou další základní charakteristické hodnoty, mající hlavní vliv na způsoby aplikace jednotlivých materiálů. Používají se zejména pro výpočty a dimenzování konstrukcí (Kuklík, 2005).

Použití materiálů na bázi dřeva

Se vzrůstajícím technologickým a technic-kým rozvojem se zvyšuje i množství konstrukčních materiálů na bázi dřeva. Nově vznikající materiály mají specifičtější vlastnosti odpovídající jejich různým způsobům využití. Vznikají kvalitnější voděodolná lepidla a hydrofobizační přídavky, které se používají u materiálů vystavených podmínkám trvale se měnící vlhkosti.

Mezi dnešní nejrozšířenější a nejvíce používané velkoplošné materiály patří: třískové desky (výroba nábytku), vláknité desky se střední hustotou (nábytek – frézované, tvarové prvky), desky z velkoplošných orientovaných třísek a překližky (stavebnictví, obaly) a izolační vláknité desky. V budoucnu lze předpokládat zejména rozvoj výroby materiálů a sendvičových panelů přímo pro konkrétní způsob použití.

Výrazný pokrok ve vývoji materiálů na bázi dřeva dnes umožňuje jejich použití i v oblastech, které byly ještě nedávno doménou oceli a betonu. Podobně jako u ostatních stavebních materiálů je ale nutné používat vhodné konstrukční řešení pro konkrétní způsob aplikace a respektovat jejich vlastnosti. Jen v takovém případě bude možné plně využívat jediné obnovitelné suroviny zajišťující trvalý rozvoj ve stavebnictví – dřeva – aniž by se snižovala kvalita a bezpečnost provádění staveb.

Autoři:

Ing. Martin Böhm, Ph.D.

Ing. Vojtěch Lejsal, CSc.

Fakulta lesnická a dřevařská, ČZU v Praze

Katedra zpracování dřeva

E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.

Foto: Martin Böhm