Određivanje kvaliteta drveta nedestruktivnim metodama

Nedestruktivne metode mogu odrediti karakteristike i svojstva drveta na mestu upotrebe bez njegovog razaranja. Na ovaj način je značajno smanjen utrošak drveta, a nauka i praksa dobijaju reprezentativne podatke o njegovom kvalitetu.

Drvo je, kao ekološki i obnovljiv izvor, jedno od najtraženijih prirodnih materijala. Velika potražnja i razvoj novih proizvoda su doveli do brze seče i nedostatka kvalitetne drvne sirovine pa se velika pažnja mora posvetiti njegovom racionalnom korišćenju. U prilog tome potrebno je, kroz svaki tehnološki proces, permanentno i precizno utvrditi njegov kvalitet koji značajno utiče na njegovu dalju preradu i upotrebu. Znajući da je drvo materijal biološkog i organskog porekla i da su njegova svojstva uglavnom posledica njegove građe, ali i uslova u kojima se ono koristi i eksploatiše, utvrđivanje kvaliteta pomoću klasičnog laboratorijskog eksperimenta značajno usporava primenu dobijenih rezultata. O ovome govore i činjenice da se predugo vreme utroši od pripreme uzoraka do konačnih rezultata i što su uglavnom sve standardne metode destruktivne, a samim tim i veoma skupe. U prilog tome pokazuje podatak da je cena ispitivanja, npr. mehaničkog svojstva drveta, oko 20 evra po uzorku od stabla do konačnog rezultata u laboratoriji. Naravno, sve ovo ima još dodatnu težinu ako se ispitivanje radi u proizvodnim uslovima gde je, u cilju efikasne primene rezultata, potrebno što brže izvesti neko istraživanje. Uvođenjem automatizacije deo nedostataka u realizaciji klasičnih metoda je uklonjen, ali korak napred je učinjen primenom nedestruktivnih metoda koje mogu odrediti karakteristike i svojstva drveta na mestu upotrebe bez njegovog razaranja. Na ovaj način je značajno smanjen utrošak drveta, a nauka i praksa dobijaju reprezentativne podatke o fizičkim i mehaničkih svojstvima ovakvog materijala.

Nedestruktivne tehnike su veoma brzo i lako našle industrijsku primenu kod ispitivanja homogenih i izotropnih materijala kakvi su metal, staklo, plastika ili keramika. Kod takvih proizvoda, čija su svojstva dobro poznata, ove tehnike mogu veoma lako da detektuju prisustvo određenih nepravilnosti, da ih ponište i isključe iz daljeg procesa proizvodnje. Međutim, nedestruktivno ispitivanje drveta nije imalo isti trend razvoja, prvenstveno kao posledica njegove anizotropnosti, složenije građe i organskog porekla.

Slika 1. Primena metode ubušivanja i određivanje otpora prodiranju metalnog svrdla u drvo

Mehaničke metode su zasnovane na bazi otpora koje drvo pruža na dejstvo nekih spoljašnjih uticaja. U ove metode spadaju mašine za stress grading koje su napravljene na principu određivanja modula elastičnosti pri savijanju na osnovu čije se vrednosti i poznate korelacione zavisnosti mogu odrediti čvrstoća na savijanje i/ili ostala svojstva drveta. Zatim tu su i uređaji koji rade na principu određivanja otprora na izvlačenje vijaka ili otpora prodiranju metalnog ubušivača u drvo (slika 1). Ove metode se koriste uglavnom za ispitivanje kvaliteta drveta na onim mestima koja su nepristupačna za druge vrste uređaje i koja dozvoljavaju male destrukcije, a koje neće značajno uticati na čvrstoću (krovna konstrukcija, delovi stepeništa, podupirači…). Na osnovu utvrđenog otpora procenjuje se gustina i biološko stanje drveta tj. da li je u unutrašnjosti došlo do destrukcije koja bi mogla uticati na stabilnost same konstrukcije.

Slika 2. Određivanje brzine zvuka putem udarnog čekića

U akustične tehnike spadaju metode na bazi određivanja brzine prostiranja zvuka, ultrazvučne metode, metode koje rade na principu emisije zvuka, vibracione tehnike i akustična tomografija (slika 3). Metod na bazi prostiranja zvuka se zasniva na proizvodnji istog udarom pri čemu se meri brzina prostiranja od jednog do drugog kraja sortimenta (slika 2) ili kroz stablo (slika 4) .

Brzina zvuka i njegova frekvencija zavise od gustine i heterogenosti materijala, prisustva pukotina, kvrga i dr. Ova metoda je već standardizovana u nekim zemljama, a njena prednost se ogleda u izuzetno velikim koeficijentima korelacije između dinamičkog i statičkog modula elatičnosti.

Slika 3. Primena akustične tomografije u cilju determinisanja zdravosti stabla (levo) i određivanje brzine zvuka na stablu (desno)		Slika 4. Određivanje brzine zvuka radi utvrđivanja elastičnosti drveta u stablu

Tehnike zračenja su najbrojnije, ali su i s obzirom na vrstu i karakter uređaja koje koriste najskuplje i najmodernije nedestruktivne tehnike ispitivanja drveta. Najveći broj eksperimenata je izveden u poslednjih deset godina i to kroz primenu tehnika refleksije i transmisije "ic" (infracrvenog), "χ" (iks) i "γ" (gama) zraka. Značajnu pažnja naučne javnosti, poslednjih godina, je privukla primena infracrvene spektroskopije, odnosno infracrvenog zračenja iz srednje i bliske oblasti. Uzimajući u obzir vezu između bliskog infracrvenog zračenja i hemijskih molekula u drvetu kao i fleksibilnost instrumenata, ova tehnika je pokazala veliki potencijal kod istraživanja drveta kao organskog materijala. Činjenice zbog čega je ova metoda interesantna i zbog čega se izdvaja u odnosu na druge tehnike, jeste efikasnost i brzina merenja, kao i vrednost utvrđenog koeficijenta korelacije između svojstava drveta izmerenih laboratorijskim putem i predviđenih pomoću ove metode (slika 5). Pored mogućnosti da predvidi svojstva drveta, ova tehnika poseduje i sposobnost da determiniše vrste drveta ili neke interesantne pojave na drvetu kao što je lažna srčevina kod bukve ili srčevina kod bora. Dosadašnji rezultati pokazuju da se pomoću ove tehnike može uspešno proceniti i kvalitet proizvoda od drveta, a ono što je posebno interesantno prikazuju rezultati koji su dobijeni u proceni svojstava kompozita na bazi drveta kao i peleta (toplotna moć, vlažnost…). U SAD i nekim zemljama Evrope ova metoda je već našla svoje mesto u pilanskoj preradi drveta u određivanju kvaliteta i sortiranju četinarske rezane građe. Kod većine četinara nije utvrđen uticaj kvaliteta površine na kvalitet snimljenih spektara što je još jedna prednost u smislu da se može kroz više faza prerade utvrditi kvalitet poluproizvoda. Kod lišćara se, zbog svoje složenije građe, ova metoda još uvek istražuje i razvija, ali je ušla u standardne metode u većini zemalja.

Slika 5. Korelaciona zavisnost između laboratorijski izmerenog modula elastičnosti drveta bukve i određenog pomoću blisko-infracrvenog zračenja (koeficijent korelacije iznosi 0,89)

Rezultati iz savremenih laboratorija i proizvodnji, koje primenjuju moderne – nedestruktivne metode, pokazuju značajno poboljšanje iskorišćenja i kvaliteta drveta i pružaju mogućnost boljeg poslovanja u preduzećima šumarstva i drvne industrije. Kod nas se primenjuju uglavnom razarajuće metode, a od nedestruktivnih je najzastupljenija tehnika procene drveta vizuelnim putem (naročito trupaca) pri čemu se donosi najčešće subjektivna ocena o njegovom kvalitetu. Primena nedestruktivnih metoda se još uvek istražuje u laboratorijama, a razlog za ozbiljnija istraživanja i primenu jeste nedovoljno ulaganje tj. prevelika početna cena uređaja bez obzira na to što se isplate za samo nekoliko godina.