Dřevo je geniální kompozit 2.díl

V minulém díle jsme představili dřevo jako bio-kompozit s určitými vlastnostmi. V tomto příspěvku se podíváme blíže na to, z čeho je dřevo složeno a jaké prvky konečné vlastnosti dřeva nejvíce určují. Dřevo je složeno převážně z celulózy, ligninu a hemicelulóz. Každá tato složka má jiné mechanické vlastnosti, jejichž množství a orientace udává mechanické vlastnosti dřeva jako celku.

Krystalická vlákna celulózy plní funkci výztuhy, lignin matrice a hemicelulózy pojiva. V tab. 1 můžeme nalézt zastoupení jednotlivých komponentů tvořících dřevní hmotu u listnáčů a u jehličnanů.

Zastoupení chemických složek jehličnanů a listnáčů

tab. 1: Průměrné zastoupení hlavních chemických složek dřeva u jehličnanů a listnáčů[4].

V následující tabulce je zobrazen přehled nejdůležitějších mechanických vlastností jednotlivých složek a dřeva jako celku

Mechanické vlastnosti celolózy, ligninu a průměrného dřeva

tab. 2: Mechanické vlastnosti celulózy, ligninu a průměrného dřeva.

Z tab.2 je zřejmé že celulóza má vysokou pevnost i modul pružnosti a v budoucnu se možná podaří tyto vlastnosti naplno využít. Vlákno celulózy může být teoreticky skoro stejně pevné jako kevlar zhotovený z uhlíkových vláken, který je svou pevností proslulý. [5]

Dřevo má oproti ostatním průmyslově vyráběným kompozitům nejnižší hustotu. Při porovnávání jednotlivých materiálů je podstatný právě rozdíl jejich hustot. Dřevo má na jednotku hustoty v některých kritériích lepší vlastnosti, než průmyslově vyráběné materiály viz tab. 3 [1].

Porovnání mechanických vlastností materiálů

tab. 3: porovnání mechanických vlastností uvedených materiálů (*FRC= vlastnosti tažených profilů firmy Prefa, a.s. Brno obsahujících 50% skleněných vláken v polyesterové pryskyřici.)

Orientace elementů v kompozitu

Další řešenou problematikou u kompozitních materiálů je orientace elementů např. ve svazku, vrstvě atd. Dřevo má různou orientaci elementů v každé vrstvě buňky, jak je zřejmé z obr. 2.

obr. 2: Stavba a struktura buněčné stěny

Úhel mikrofibril složených z jednohlivých řetezců celolózy hemicelulóz a ligninu v jednotlivých vrstvách, ale především v S2 vrstvě je klíčový. S2 vrstva přenáší zatížení zejména na tah a tlak. S3 a S1 jsou přirovnávané o obručím sudu které jsou jak z vnější tak z vnitřní strany.Toho složení se navzájem doplňuje a podporuje.

Bude Vás zajímat: Lepené dřevo to natře oceli

Velikost elementů kompozitu

Dalším důležitým faktorem kompozitních materiálů je velikost jednotlivých elementů tvořících daný kompozit. Pro srovnání na obr. 3 je zobrazena tloušťka lidského vlasu (bílé) a uhlíkového vlákna (černé). Současný trend je tvorba nanovlákem, které mají velice malé rozměry (především průměru v [nm]). Přírodní nanovlákno je např. celulóza. Délka vlákna celulózy ve dřevě je 100-300 nm a průměr 3-5 nm [2].

Obr. 3: Porovnání průměru uhlíkového vlákna a lidského vlasu.

Dřevo je vláknitý biokompozit, který je velmi složitý svou stavbou a strukturou. Jeho studiem se nám odkrývá nejen jeho stavba a složení, ale také možnost převzít tyto poznatky do průmyslové výroby.

V porovnání s průmyslově vyráběnými kompozity dřevo v řadě mechanických vlastností zaostává (tuhost, pevnost). Avšak vlastnosti týkající se tepelné vodivosti a hustoty jsou zdaleka nepřekonány. S dostatkem poznatků, správným použitím a zacházením můžeme použití dřeva značně rozšířit.