Zavarivanje drveta trenjem

Drvo je prirodni polimerni supstrat i najrasprostranjeniji regenerativni materijal na zemlji. Njegove dimenzije su, međutim, relativno ograničene zbog oblika i prečnika stabla. Kako bi bili u mogućnosti da gradimo složenije strukture, efikasnije veze između komada drveta su postale neophodne. Na primer, postoje dve ustanovljene vrste veza koje se obično koriste. S jedne strane, postoje metalni konektori poput vijaka, navojnih šipki ili eksera, a sa druge strane imamo hemijska proizvedena lepila koja kreiraju snažne veze. Velika prednost druge vrste veze je krutost u odnosu na metalne konektore. Na drugoj strani, dug i visok pritisak je potrebno primeniti kako bi se zalepljeni spojevi uspešno povezali. Pored toga, upotreba ovih lepkova i dalje implicira zabrinutost u vezi njihovog uticaja na zdravlje i životnu sredinu tokom primene, kao i za kasnije odlaganje.

U cilju prevazilaženja dimenzionih ograničenja drveta, a uz zadržavanje njegovih fizičkih i ekoloških karakteristika, obećavajuća alternativa za korišćenje sintetičkih lepokova su adheziv-trenjem zavarene veze. Tehnologija zavarivanja trenjem se obično koristi za termoplastične materijale i metal. Istraživanje koje je sprovedeno u laboratoriji za drvene konstrukcije IBOIS, počelo je sa primenjivanjem ovog principa na malim uzorcima drveta. Da bi se postiglo povezivanje dva uzorka drveta, korišćeno je zagrevanje brzim i kratkim osciliranjem, trenjem, u kombinaciji sa pritiskom. Uvođenje toplotne energije dovodi do termičkog razlaganja na polimerna jedinjenja u ćeliji drveta. Hemijski proizvod ovog procesa degradacije formira viskozni sloj, tremički omekšali materijal, koji stvrdnjava kada se trenje zaustavi i interfejs hladi, dok se primenjuje određeni pritisak. U principu, svaka vrsta drveta može biti zavarena.

Istraživanje, koje je u toku, ima za cilj da proceni potencijal ove tehnologije za primenu u prefabrikacionim procesima za građevinsku industriju. Izazov prestavlja rešavanje tehničkih uslova za unapređenje ove tehnologije do malih uzoraka na uzorke strukturne veličine. Nehomogenost u kvalitetu lepljenja i snaga spojeva se pojavljuje, naročito ako su zavarene ploče jele većih dimenzija. Ova nehomogenost, ovde označena kao efekat razmere, bi mogla značajno da se smanji ukoliko se olakša isparavanje pare iz interfejsa tokom zavarivanja.

Zapravo, istraživanje se fokusira na procesu i primenjivanju trenja zavarene masivne drvene ploče. Uzorci manjih dimenzija su proizvedeni i uspešno testirani na savijanje i smicanje. Ipak, dugotrajna otpornost veze mora biti osigurana. U stvari, najveći izazov je osetljivost na varenje u odnosu na različit sadržaj vlage u drvetu. Relativno krta veza je veoma osetljiva na bubrenje i skupljanje drveta. Menjanje klimatskih uslova može dovesti do pukotina unutar interfejsa.

Osim toga, strukturni dizajn trenjem zavarenih komponenti za drvene konstrukcije zahteva proračunato predviđanje snage. Prva istraživanja u okviru ovog istraživačkog rada koriste metode verovatnoće za određivanje nosivosti opterećenih zavarenih spojeva sa spojem koji je paralelan i sa spojem koji je unakrsan u odnosu na pravac vlakanaca. Očekuje se da će biti pronađen dobar odnos između proračunate i eksperimentalno utvrđene snage. Dalja istraživanja će proširiti ova istraživanja na složenije sisteme, kako bi se simulirale realnije situacije bliže elementima punog obima.

Pripremila: Miljana Ristović

Izvor: ibois.epfl.ch