EESTI VÄHEKASUTATUD
PUIDULIIKIDE
KASUTUSVÕIMALUSED
UUTES SPOONIPÕHISTES
TOODETES
Sihtasutus Keskkonnainvesteeringute Keskuse projekti
RE.4.08.22-0012 uuringuaruanne
11.06.2024
Uuringu toetaja andmed
Rakendusüksus: Sihtasutus Keskkonnainvesteeringute Keskus
Taotlusvoor: Keskkonnaprogrammi metsanduse programm metsandus 2022 -
14.02.2022-31.03.2022.
Meede: RE.4.8 Metsandus
Valdkond, millesse projekt panustab: RE.4.8.2 Metsandus
Abikõlblikkuse algus ja lõpp: 01.07.2022 - 17.06.2024
Uuringu autorid
Jaan Kers, PhD, professor, labori juhataja, projektis on ülesanneteks
finantsjuhtimine ja materjalide tellimine. Osalemine tööpakettides TP1 ja TP9.
Heikko Kallakas, PhD, professor, projektis on projektijuht ja vastutab tööde
koordineerimise ja raporteerimise eest. Osalemine tööpakettides TP9 ja TP10.
Anti Rohumaa, PhD, teadur, projektis osaleb tööpakettide TP2, TP3, TP4, TP5,
TP6, TP7, TP8 elluviimisel.
Kärt Kängsepp, insener, projektis osaleb tööpakettide TP6 ja TP8 elluviimisel.
Tolgay Akkurt, doktorant-nooremteadur, projektis osaleb tööpakettide TP4,
TP5, TP7, TP8 elluviimisel.
Catherine Kilumets, doktorant-nooremteadur, projektis osaleb tööpakettide
TP2, TP3, TP5, TP6 elluviimisel.
Margus Kangur, tehnik, projektis osaleb tööpakettide TP2, TP3, TP4, TP5, TP6,
TP7 elluviimisel.
Autorite tänu
Uuringu läbiviimist toetas Keskkonnainvesteeringute Keskus.
Tallinna Tehnikaülikool
Telefon: 620 2910
E-post:
[email protected]
Ehitajate tee 5, 19086 Tallinn
SISUKORD
Tabelite loetelu ..................................................................................................... 3
Jooniste loetelu ..................................................................................................... 4
Lühendid .............................................................................................................. 5
Sissejuhatus ......................................................................................................... 6
1. Projekti tulemusena valminud uuringu selgitus ...................................................... 8
1.1. Publikatsioonide ülevaade ........................................................................... 10
1.2. Projekti tulemusena valminud mitmekihiline puitkomposiitmaterjal .................. 12
1.3. Infrastruktuuri objektide arv ....................................................................... 13
2. Projektis teostatud tegevused tööpakettide lõikes ................................................ 14
2.1. TP1. Projektis kasutatava materjali hankimine ............................................... 14
2.2. TP2. Erinevate vähekasutatud ja madalakvaliteedilise lehtpuiduliikide
eeltöötlemisparameetrid .................................................................................... 15
2.2.1. Puiduliikide tihedused ........................................................................... 15
2.2.2. Puiduliikide mehaanilised omadused ....................................................... 16
2.2.3. Eeltöötlusparameetrid spoonitreimiseks .................................................. 18
2.3. TP3. Erinevate vähekasutatud ja madalakvaliteedilise lehtpuiduliikide
lõiketöötlemine ja kuivatus ................................................................................ 19
2.3.1. Spooni treimisparameetrite uurimine ...................................................... 19
2.3.2. Spooni kuivatusprotsessi parameetrid ..................................................... 20
2.4. TP4. Spooni ümardamisjääkide töötlemine ribaspooniks .................................. 22
2.4.1. Spoonijääkide töötlemine ...................................................................... 22
2.4.2. Ribaspoonist plaatmaterjali väljatöötamine .............................................. 24
2.5. TP5. Puidu tugevusomaduste ja vastupidavuse parendamine ........................... 26
2.5.1. Puidu tihendamise uurimine ................................................................... 26
2.5.2. Spooni tihedus ..................................................................................... 26
2.5.3. Spooni Pinnaomadused ......................................................................... 27
2.5.4. Spooni Mehaanilised omadused .............................................................. 29
2.5.5. Mõõtmete stabiilsus .............................................................................. 30
2.6. TP6. Vähekasutatud puidu liimimisomaduste uurimine .................................... 31
2.6.1. Spoonide liimimikulu ja omaduste uurimine ............................................. 31
2.6.2. Spoonijääkidest valmistatud materjali liimimise uurimine .......................... 32
2.6.3. Liimimisprotsessi arendamine ................................................................ 33
2.7. TP7. Kihilise puitpolümeerkomposiitmaterjali disain optimaalsete tugevusomaduste
saavutamiseks ................................................................................................. 39
2.7.1. Kolm erinevat vineeri struktuuri ............................................................. 40
2.7.2. Viis erinevat vineeri struktuuri ............................................................... 40
2.8. TP8. Kihiliste puitpolümeerkomposiitmaterjalide omaduste karakteriseerimine... 42
2.8.1. Tihendatud haava ja sanglepa vineeride tihedus ....................................... 42
2.8.2. Mehaanilised omadused ........................................................................ 43
2.8.3. Spoonijääkidest valmistatud puitkomposiitide omadused ........................... 48
2.9. TP9. Projekti administreerimine ................................................................... 50
2.10. TP10. Projektis vajaminevate seadmete hankimine ....................................... 50
2.11. TP11. Üldkululõiv palgakuludelt.................................................................. 50
Kokkuvõte .......................................................................................................... 51
Kasutatud kirjandus ............................................................................................ 53
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
TABELITE LOETELU
Tabel 1. Erineva paksusega spooni kuivatusajad (Akkurt et al. 2024) ........................ 21
Tabel 2. Puitplaatide valmistamisparameetrid ning puitplaatide arv iga materjali tüübi
kohta (Kalju 2024) .............................................................................................. 25
Tabel 3. Erinevatest puiduliikidest valmistatud vineeride liimikulu (Kallakas et al. 2024)
......................................................................................................................... 32
Tabel 4. Iga valmistatud materjali liimikulu g/m2 kohta, koos standardhälbega (Kalju
2024) ................................................................................................................ 32
Tabel 5. Erinevate liimitussüsteemide plussid (Kängsepp 2023) ................................ 34
Tabel 6. Erinevate liimitussüsteemide miinused (Kängsepp 2023) ............................. 35
Tabel 7. Morfoloogiline maatriks liimitussüsteemile (Kängsepp 2023)......................... 37
Tabel 8. Vineeride ladumisskeemid (Kallakas et al. 2024)......................................... 40
Tabel 9. Täiendatud vineeride ladumisskeemid (Akkurt et al. 2024) ........................... 41
Tabel 10. Vineeride liimühenduse tugevus (Akkurt et al. 2024) ................................. 46
Tabel 11. Spoonijääkidest valmistatud LVL-P, LVL-C ja vineeri materjali tasakaaluniiskus
katsetamisel, liimikulu, tihedus ja nihketugevus (Kalju 2024) ................................... 48
Tabel 12. Spoonijääkidest valmistatud LVL-P, LVL-C ja vineeri paindetugevuse ja
elastusmooduli tulemused (Kalju 2024) ................................................................. 49
3
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
JOONISTE LOETELU
Joonis 1. Puiduliikide tihedused ............................................................................. 15
Joonis 2. Puiduliikide paindetugevused ................................................................... 16
Joonis 3. Puiduliikide tõmbetugevused ................................................................... 17
Joonis 4. Puiduliikide surveomadused .................................................................... 18
Joonis 5. Eeltöötluse ja treimisparameetrite uurimise lõpptulem ................................ 20
Joonis 6. 3,2 mm spooni kuivamiskõver vastavalt kuivatusajale ................................ 22
Joonis 7. TalTech Puidutehnoloogia laboris treispoonitootmisel tekkinud puidujäätmed
(Kalju 2024) ....................................................................................................... 23
Joonis 8. Spoonide õmblemine termoliimiga (Kalju 2024) ......................................... 24
Joonis 9. LVL-C plaat, kus 4. ja 6. spoonikiht asetsevad risti (Kalju 2024) .................. 25
Joonis 10. Spooni tihedus enne ja pärast tihendamisprotsessi ................................... 27
Joonis 11. Spooni pinnakaredus enne ja pärast tihendamisprotsessi .......................... 28
Joonis 12. Spooni kontaktnurk enne ja pärast tihendamisprotsessi ............................ 28
Joonis 13. Spooni pinnakõvadus enne ja pärast tihendamisprotsessi .......................... 29
Joonis 14. Spooni tõmbetugevus enne ja pärast tihendamisprotsessi ......................... 30
Joonis 15. Spooni dimensionaalne stabiilsus (set-recovery: SR) enne ja pärast 50% ligniini
eemaldust (Kilumets et al. 2024) .......................................................................... 30
Joonis 16. Liimitussüsteemi kõrgeim abstraktsioon – must kast (Kängsepp 2023) ....... 36
Joonis 17. Projekteeritud liimi ekstruuderi seade (Kängsepp 2023) ............................ 39
Joonis 18. Vineeride skeemid (Kallakas et al. 2024)................................................. 40
Joonis 19. Vineeritüüpide keskmised tihedused (Kallakas et al. 2024) ........................ 42
Joonis 20. Viie erineva vineeritüübi keskmised tihedused (Akkurt et al. 2024) ............ 43
Joonis 21. Vineeride pinnakõvadused (Kallakas et al. 2024) ..................................... 44
Joonis 22. Vineeride kruviväljatõmbe tugevus (Kallakas et al. 2024).......................... 45
Joonis 23. Vineeride paindetugevused ja maksimaalsed paindejõud (Akkurt et al. 2024)
......................................................................................................................... 47
4
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
LÜHENDID
Lühend Selgitus
LVL spoonliimpuit
tervetest spoonidest valmistatud spoonliimpuit, kus 4. ja 6.
LVL-C
spoonikiht on teiste spoonikihtide suhtes liimitud risti asetusega
väikestest ehk õmmeldud spoonidest valmistatud
LVL-C_Õ spoonliimpuit, kus 4. ja 6. spoonikiht on teiste spoonikihtide
suhtes liimitud risti asetusega
tervetest spoonidest valmistatud spoonliimpuit, kus kõik
LVL-P spoonikihid on üksteise suhtes liimitud paralleelselt ühes
puidukiu suunas
väikestest ehk õmmeldud spoonidest valmistatud
LVL-P_Õ spoonliimpuit, kus kõik spoonikihid on üksteise suhtes liimitud
paralleelselt ühes puidukiu suunas
5
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
SISSEJUHATUS
Põhja-Euroopas omavad spoon ja spoonipõhised tooted olulist rolli lehtpuuliikide säästval
kasutamisel. Kliimamuutustega seotud murede taustal keskendutakse ka Euroopas
vähekasutatud ja madalama kvaliteediga puiduliikide väärindamisele ja kasutusele
võtmisele. Kask on juba laialdaselt kasutusel spoonipõhiste toodete valmistamisel, kuid
madalama väärtusega puiduliigid, nagu hall lepp, sanglepp ja haab, pole spoonipõhistes
toodetes laialdaselt kasutust leidnud. Põhjus ei peitu mitte ressursside kättesaadavuses,
vaid puidu madalamas kvaliteedis võrreldes kasega. Näiteks vineeri mehaanilised
omadused (paindetugevus ja paindeelastsusmoodul) sõltuvad puiduliigist, puidu
kvaliteedist, puidu niiskusest, tihedusest, struktuurist, spoonikihtide arvust, spooni
paksusest ja liimühendusest. Puidu tihedust peetakse tavaliselt kõige olulisemaks
materjali omaduseks, kuna see on tugevas korrelatsioonis puidu tugevusomadustega.
Okaspuidu kõrge hinna ja kättesaadavuse halvenemise tõttu püütakse ehituslikes
konstruktsioonides kasutada suure tihedusega lehtpuiduliike (pöök, tamm) nende suure
mehaanilise tugevuse tõttu. Samas on ka suure tihedusega puiduliikide varud piiratud.
Puitpolümeerkomposiitmaterjalide (edaspidi puitkomposiitide) valmistamiseks
kasutatakse Eestis lehtpuiduliikidest kaske ja okaspuiduliikidest kuuske ja mändi.
Viimastel aastatel on kohaliku puittooraine (ümarpalgid) ühikuhind oluliselt tõusnud,
mistõttu on vajadus uurida võimalusi madalakvaliteedilise ja seni vähekasutatud
puiduliikide (haab, hall lepp, sanglepp) kasutamiseks toorainena puitkomposiitide
tootmisel. Madalakvaliteedilise tooraine puhul on õhukeste puidulehtede lõikamisel
probleemiks palkide kõverus (ühe- ja kahesuunaline kõverus), mis vähendab väikese
ladva diameetriga (15–24 cm) palkide korral väljatulekut. Kasepalki ja kasepakku kasutab
toorainena spooni- ja vineeritööstus, kus tootmismahtude kiire kasvu tõttu võib tekkida
raskusi tooraine kättesaadavusega. Viimaste aastate hüppelise kasepalgi turuhindade
kasv vähendab tootmise kasumlikkust ja raskendab konkureerimist välisturgudel. Samas
on Eestis kasutamata kaks korda odavama hinnaga puitmaterjal (haab, hall lepp,
sanglepp), mis võiksid puitkomposiitides leida kasutust kasepuidu asemel. Kasega
võrreldes on madalakvaliteedilise puidu kasutamist pärssivaks teguriks väiksem tihedus,
kõvadus ja nõrgemad mehaanilised omadused.
Projekti eesmärgiks on uurida Eesti puidutööstuses seni vähekasutatud, kohalike
madalakvaliteediliste lehtpuuliikide (sh. haab, hall lepp, sanglepp) kasutatavust uudsetes
ja mitmekihilistes puitkomposiitides. Selle eesmärgi saavutamiseks viidi läbi rida
uuringuid, mis aitasid mõista ja leida lahendusi vähe kasutatud puiduliikide edasise
6
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
väärindamisega seotud probleemidele. Antud uuringus vastatakse järgnevatele olulistele
küsimustele: millised on vähekasutatud puiduliikide mehaanilised omadused; kuidas
mõjutavad tehnoloogilise protsessi parameetrid erinevatest puiduliikidest valmistatud
spooni kvaliteeti; kuidas on võimalik parendada spooni omadusi läbi spooni tihendamise,
millised tihendamisega seotud parameetrid on kriitilised optimaalsete omadustega spooni
saamiseks; millised on eri puiduliikide ja tihendatud spooni kriitilised pinnaomadused
liimimisel; kuidas saavutada optimaalsed tugevusomadused kihilistes
puitkomposiitmaterjalides, mis põhinevad vähe kasutatud ja madala kvaliteediga
puiduliikide ja tihendatud spoonide kombineerimisel?
7
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
1. PROJEKTI TULEMUSENA
VALMINUD UURINGU SELGITUS
Projektis uuriti Eesti puidutööstuses seni vähe kasutust leidnud kuid Eesti metsades
kasvavate madalakvaliteediliste lehtpuuliikide (sh. haab, hall lepp, sanglepp) kasutatavust
uudsetes ja mitmekihilistes puitkomposiitides. Kuna puiduomadused sõltuvad kasvukohast
ja aastaajast, siis selgitati uurimistöö käigus kõigepealt välja väheväärtusliku puidu
mehaanilised ja füüsikalised omadused. Tehtud tööde ülevaade on toodud aruande
alapeatükkides 2.1 ja 2.2. Seejärel uuriti erinevate spoonipõhise puitkomposiitide nagu
vineer ja spoonliimpuit valmistamist nendest puiduliikidest. Spoonipõhiste
puitkomposiitide valmistamiseks selgitati kõigepealt välja spoonitöötluse parameetrid.
Treimisparameetrite (eeltöötluse temperatuur, surveaste, treitera teritusnurk) kindlaks
määramiseks treiti laboris kontrollitud tingimustel erineva paksusega spooni lehedd.
Seejärel mõõdeti spoonide paksused ja hinnati pinnakvaliteeti (pinnakaredust).
Tulemustest selgus, et madalama tihedusega puiduliigid nagu haab vajavad külmemaid
eeltöötluse parameetreid ühtlase ja siledama spoonipinna saamiseks. Näiteks võib välja
tuua, et haava puhul on oluline saavutada spoonipaku temperatuur < 0 °C, et spooni
treimisel maksimeerida väljatulek ja saada parimate omadustega spoonipind. Lähtudes
puiduliikidest ja spoonipaksustest määrati kindlaks spooni kuivatamisajad. Selleks teostati
katsed spoonikuivatis, kus spoonilehe kuivatamise käigus mõõdeti spooniniiskuse
vähenemist kuivatusaja jooksul automatiseeritud kaalumisega. Tulemustest selgus, et
väiksema tihedusega haavaspooni kuivatusaeg oli kõige pikem ning tihedamal kasepuidul
oli see teistest lühem. Tööde täpsem kirjeldus ja tulemused on toodud aruande alapeatükis
2.3.
Kui spooni valmistamise protsessi tehnoloogilised parameetrid olid välja selgitatud, siis
hakati madalama kvaliteediga puiduliikide spoonide omadusi parandama. Selleks kasutati
puidu tihendamisprotsessi, kus spoone pressiti hüdraulilises pressis kõrgemate survetega,
et saavutada suurem tihedus ja seeläbi parem pinnakvaliteet ja kõrgem tugevus. Kuna on
teada, et tihendatud puidu puhul on üheks suurimaks probleemiks selle mõõtmete
stabiilsus peale tihendamist kokkupuutel õhuniiskusega. Selleks uuriti tihendatud puidu
mõõtmete püsivust niiskes keskkonnas ja võimalusi selle parendamiseks. Selleks vaadeldi
puidu rakustruktuuri ja tegeleti ligniini, tselluloosi ja hemitsellulooside modifitseerimisega.
Eesmärgiks oli selgitada välja, mis mõjutab tihendatud puidu mõõtmete stabiilsust kõige
enam ja kuidas oleks võimalik tagada tihendatud puidu suurem stabiilsus. Seejärel uuriti
8
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
puidu tihendamisprotsessi parameetreid nagu spooni niiskus, pressimissurve ja -aeg.
Tihendusprotsessis kasutati kahte tehnoloogiat rullpressi ja tasapinnaliste plaatidega
pressi. Töös võeti eesmärgiks tihendada 50% spooni nominaalpaksusest. Peale
tihendamist määrati tihendatud spooni pinnaomadused ja puidu tihedus. Täpsem tööde
kirjeldus ja tulemused on toodud aruande alapeatükis 2.5.
Spoonitootmisel jääb üle palju ribaspoonijääki, mis erineva paksuse tõttu ei sobi
kvaliteetse vineeri valmistamiseks, sest selleks on vaja ühtlase 1,5mm paksusega lehti.
Antud uurimustöös oli üheks eesmärgiks uurida spoonipaku ümardamisjääkide kasutamist
näiteks vineeri sisemistes kihtides ja ka liimspoonpuidu valmistamisel. Spoonipaku
ümardamine on esimene tööoperatsioon spooni väljatuleku suurendamiseks ja ühtlase
paksuse tagamiseks järgneval treimisel. Vineeri ja liimspoonpuidust katsekehade
valmistamiseks õmmeldi spooni treimisest ülejäänud ribaspoonid kokku liimitati, külm
ning kuumpressiti puitkomposiitideks. Selgitati välja ribaspoonijääkidest valmistatud
materjali tootmisparameetrid, liimikulu ja tugevusomadused võrreldes tervetest
spoonidest valmistatud materjalidega. Täpsemad tegevused ja tulemused on toodud
aruande alapeatükis 2.4.
Madalakvaliteedilise puidu liimimisomaduste uurimisel oli eesmärgiks selgitada välja
tihendatud puidu liimikulu spoonipõhiste materjalide valmistamisel.
Madalakvaliteedilistest puiduliikidest vineeri valmistamisel mõõdeti liimikulu enne ja peale
tihendamisprotsessi. Tulemustest selgus, et kui tihendamata haava spoonil oli suure
pinnakareduse tõttu väga suur liimikulu, siis peale spooni tihendamist vähenes liimikulu
märgatavalt, sest puidu pinnakaredus vähenes ja pinnakõvadus suurenes. Lisaks uuriti
erinevaid liimimiprotsesse madalakvaliteedilise puiduliikide liimimisel. Kõige levinum
liimimisprotsessiks on liimi peale kandmine valtsidega. See protsess aga sõltub palju
spooni kuivatamisel tekkida võivast lainelisusest ja pinnakvaliteedist. Selleks arendati
antud projekti raames välja laboratoorne liimiekstruuderseade, millega on võimalik liimi
peale kanda madala kvaliteediga puiduliikide spoonidele sõltumata nende
pinnakvaliteedist. Täpsemad tegevuste ja tulemuste kirjeldused on toodud aruande
alapeatükis 2.6.
Erinevate madalakvaliteediliste puiduliikide kasutusvõimalusi puitmaterjalides uuriti
spoonipõhistes toodetes nagu vineer ja liimspoonpuit. Vineeris katsetati
madalakvaliteediliste puiduliikidest tihendatud spoonide asetus vineeri ladumisskeemis
(pinnaspoonina ja kõigis kihtides). Uurimustöös selgitati välja, kui palju paranevad
madalakvaliteedilisest puiduliigist valmistatud vineeri omadused, kui selle alumine ja
ülemine pinnakiht on tihendatud spoonist võrrelduna vineeriga, kus kõik kihid on
tihendatud spoonist. Selleks määrati kindlaks vineeri füüsikalis-mehaanilised omadused:
9
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
tihedus, paindetugevus, pinnakõvadus ja kruviväljatõmbe tugevus. Tulemustest selgus, et
vineeri alumise ja ülemise pinnakihi asendamine tihendatud spooniga parandab
märgatavalt madalakvaliteedilisest puidust valmistatud vineeri tugevusomadusi.
Kokkuvõtteks võib öelda, et antud töös katsetatud madalama kvaliteediga väheväärtuslike
puiduliike on võimalik edukalt kasutada puitkomposiitide valmistamisel.
Tihendamisprotsess annab võimaluse nende madalakvaliteediliste lehtpuiduliikide palju
suuremaks kasutamiseks erinevates ehitus- ja transpordisektori rakendustes.
1.1. PUBLIKATSIOONIDE ÜLEVAADE
Projekti tulemused on avaldatud eelretsenseeritud teadusartiklites ja bakalaureuse- ja
magistritöödes. Uurimisprojekti tulemusel on koostatud 3 teadusartiklit, mis on esitatud
avaldamiseks teadusajakirjadesse ning on hetkel retsenseerimisel. Esimene teadusartikkel
"Effect of Lignin on Veneer Densification and Set-Recovery" on esitatud eelretsenseeritud
teadusajakirja „Construction and Building Materials“, Elsevieri kirjastuses (Kilumets et al.
2024). Selles artiklis uuritakse erinevate madalakvaliteediliste puiduliikide spooni
tihendamisprotsessi ja tihendatud spooni omadusi. Teine teadusartikkel „The Effect of
Hardwood Veneer Densification on Plywood Density, Surface Hardness, and Screw
Withdrawal Capacity“ on esitatud eelretsenseeritud teadusajakirja „Forests“, MDPI
kirjastuses (Kallakas et al. 2024). Selles teadusartiklis uuriti eri puiduliikidest tihendatud
spoonide kasutamist vineeri pinnaspoonis ja kõikides kihtides võrrelduna tihendamata
spoonidest valmistatud vineeridega. Artiklis määratakse kindlaks erinevate puiduliikide
spooni tihendamise mõju vineeri tihedusele, pinnakõvadusele ja kruviväljatõmbe
tugevusele. Kolmas teadusartikkel „Enhancing the Bending Strength, Load-Carrying
Capacity and Material Efficiency of Aspen and Black Alder Plywood through Thermo-
mechanical Densification of Face Veneers“ on esitatud eelretsenseeritud teadusajakirja
„Construction and Building Materials“, Elsevieri kirjastuses (Akkurt et al. 2024). Selles
artiklis uuriti erinevatest madalakvaliteedilistest puiduliikidest valmistatud erineva
paksusega spoonide kasutamist vineeri erinevates kihtides. Vineerist katsekehade
valmistamiseks kasutati nendest puiduliikidest valmistatud tihendamata ja tihendatud
spoone alumises ja ülemises pinnakihis. Määrati kindlaks vineeri paindekoormus ja
liimühenduse kvaliteet.
Lisaks teadusartiklitele on osa projekti tulemustest avaldatud bakalaureusetöös
„Spoonijääkide taaskasutamine spoonliimpuit-toodete valmistamisel“ (Kalju 2024). Selles
lõputöös uuriti spoonitootmisest ülejäävate ribaspoonide kasutamist spoonliimpuidu
10
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
valmistamisel. Uurimisprojekti tulemusena on valminud ja kaitstud kaks magistritööd.
Esimeses magistritöös „Kruvi väljatõmbetugevuse ja pinnakõvaduse parendamine vineeri
pinnaspoonide tihendamise teel“ (Mühls 2024) uuriti madalakvaliteediliste puiduliikide
pinnaspoonide tihendamise mõju kruviväljatõmbe tugevusele ja pinnakõvadusele. Teises
magistritöös „Liimitusseadme projekteerimine Puidutehnoloogia laborile“ (Kängsepp 2023)
arendati välja spetsiaalne liimitusseade madalakvaliteediliste puiduliikide liimimiseks.
Lisaks valminud publikatsioonidele ja lõputöödele on projekti tulemusi esitatud mitmetel
rahvusvahelistel teaduskonverentsidel:
1. Tolgay Akkurt osales rahvusvahelisel teaduskonverentsil WSE2022- 18th Annual
Meeting of the Northern European Network for Wood Science and Engineering,
Goettingen, Germany, 21.09.2022 kuni 22.09.2022. Ettekande teemaks oli „Screw
withdrawal capacity of aspen and black alder plywoods compared to birch plywood
in 3 principal directions“.
2. Catherine Kilumets osales 2023. aasta Forest Products Society (FPS)
rahvusvahelisel konverentsil Morgantownis, USAs, 6.–8. juunil 2023, kus ta esitas
posterettekande teemal "Effect of Lignin on Veneer Densification and Set-
Recovery".
3. 28. augustist kuni 1. septembrini 2023 toimus Madeiral, Funchalis 5th International
Conference on Structural Integrity (ICSI2023), kus rääkis Tolgay Akkurt teemal
“Use of low-quality wood species by densification in load bearing veneer-based
composites”.
4. 3 projekti ettekandega osaleti teaduskonverentsil 19th Annual Meeting of the
Northern European Network for Wood Science and Engineering (WSE2023) Oslos,
Norras, 10.–12. oktoobril 2023, kus Tolgay Akkurt käsitles “The effect of Using
densified Low-Quality veneers in plywood production as an alternative to birch
plywood”, Catherine Kilumets rääkis “Effect of Lignin on Veneer Densification and
Set-Recovery”, ning Kärt Kängsepp esines postriga nimega “Designing a One-Sided
Glue Spreader for a Lab-Scale Plywood Production”
5. Tolgay Akkurt osales 13. rahvusvahelisel konverentsil "Wood Science and
Engineering In The Third Millennium” (ICWSE 2023) Brasovis, Rumeenias, 2.–4.
novembril 2023, keskendudes projekti teemale nimega “Use of Low-Quality wood
species by densification in load bearing veneer-based composites”.
11
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
1.2. PROJEKTI TULEMUSENA VALMINUD
MITMEKIHILINE PUITKOMPOSIITMATERJAL
Projekti töö tulemusena arendati välja tihendatud ja tihendamata spoonidega
mitmekihilised puitkomposiidid ehk vineerid, mida võrreldi tihendamata vineeride ja
standardse kasevineeriga. Katsetati tihendatud spooni kasutamist erinevates vineeri
kihtides: pinnaspoonina ja sisekihtides. Töö käigus valmistati vineerid, millel olid
tihendatud pinnaspoonid või sisekihid. Lisaks katsetati vineeris erinevaid kihipaksuseid,
kus esimesel versioonil tihendati 2,6 mm paksune haavaspoon paksuseni 1,5 mm ja 3,0
mm paksused haavaspoonid tihendati kuni 1,5 mm paksuseni, Tihendatud haavaspoone
kasutati haavavineeri pinnaspoonidena. Kolmandal materjalil tihendati sanglepa 3,0 mm
paksusega spoon 1,5 mm paksuseni ja kasutati seejärel sanglepavineeri pinnaspoonidena.
Kõiki 3 materjali võrreldi tihendamata kase-, haava- ja sanglepa spoonist valmistatud
vineeri omadustega. Kokku valmistati 8 erineva kombinatsiooniga mitmekihilist
puitkomposiitmaterjali ehk vineeri, mis on esitatud aruande alapeatükis 2.7 (Joonis 18,
Tabel 8 ja Tabel 9). Tulemused on esitatud kahes teadusartiklis (Akkurt et al. 2024;
Kallakas et al. 2024) ja ühes magistritöös (Mühls 2024). Tihendatud spoonist pinnakihiga
vineerid näitasid suuremat tugevust võrreldes tihendamata spoonidest valmistatud
vineeridega ning pinnakõvaduse osas näitasid nii tihendatud spoonist pinnakihiga
haavavineer kui ka sanglepavineer suuremat pinnakõvadust kui tihendamata spoonist
pinnakihiga kasevineer. Kruvi väljatõmbetugevus suurenes samuti tihendatud spoonist
vineeride puhul, kusjuures sanglepa tulemused olid kasevineeri omadustele lähedased. et
suurendada tugevusomadusi.
Selleks et optimeerid materjalikasutust ja suurendada haava ja sanglepa vineeri
tugevusomadusi tuleks tihendatud spooni kasutada ainult vineeri pinnakihtides.
Töö teise eesmärgina uuriti spoonijäätmete ehk ribaspooni kasutamist uudsete
spoonliimpuidu (Laminated veneer lumber - LVL) valmistamiseks. Selle tulemusena
valmistati kolm erineva kihtide kombinatsiooniga puitkomposiiti, mis on kirjeldatud
alapeatükis 2.4 (vt Tabel 2) ja tulemused on esitatud bakalaureusetöös (Kalju 2024).
Spoonijääkide kasutusvõimaluste uurimisel töötati välja kolm erinevat materjali, mis
jaotati omakorda kahte gruppi (kokku 6 erinevat materjaligruppi). Töö tulemusena
valmistati kasespooni ümardamisjääkidest fenoolliimiga (Prefere) 12 mm paksune (9-
kihiline) LVL-P, LVL-C ja vineer, kusjuures igas grupis valmistati pooled
komposiitmaterjalid suurematest spooni ümardamisjääkidest ja pooled
komposiitmaterjalid väikestest spooni ümardamisjääkidest. Kitsad ribaspoonijäägid
12
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
õmmeldi omavahel termoliimiga sobiliku suurusega spoonilehtedeks ning uuriti, kas
väikesemõõtmeliste spoonijääkide kasutamine mõjutab puitkomposiidi mehaanilisi
omadusi. Spoonliimpuidu valmistusprotsessi kirjeldus ja katsetustulemused on esitatud
bakalaureustöös „Spoonijääkide taaskasutamine spoonliimpuit-toodete valmistamisel“
(Kalju 2024).
1.3. INFRASTRUKTUURI OBJEKTIDE ARV
Projekti toetuse eest ei soetatud uusi seadmeid. Projekti käigus arendati magistritöö
tulemusena välja liimiekstruuder erinevatest puiduliikidest valmistatud spooni liimimiseks.
Lisaks arendati välja ka spetsiaalne kuumutuse ja jahutusega puidu tihendamissüsteem.
Koostöös Raute Oyj-ga välja tehnosüsteem kuivati keskkonnaniiskuse jälgimiseks
spoonikuivatusel.
13
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2. PROJEKTIS TEOSTATUD
TEGEVUSED TÖÖPAKETTIDE
LÕIKES
2.1. TP1. PROJEKTIS KASUTATAVA MATERJALI
HANKIMINE
Projekti käigus hangiti koostöös Riigimetsa Majandamise Keskusega (RMK)
lehtpuiduliikidest palgid, mis olid pärit erinevatelt raielankidelt ja kasvukohtadelt. Eesmärk
oli hankida kõik puiduliigid (haab, sanglepp, hall lepp ja kask) samaaegselt ja samast
kasvukohast. Esimene puitmaterjalikoorem hangiti Oktoobris 2022 Järvselja metskonnast.
Sellel raielangil olid puistu keskmised vanused puiduliigiti järgmised: hall lepp 26 aastat,
sanglepp 65 aastat, haab 65 aastat ja kask 55 aastat. Järgmine koorem puitmaterjali
hangiti Jaanuaris 2023 Ämarist, Harju maakonnast RMK raielangilt. Sellel raielangil olid
puistu vanused puiduliigiti järgmised: kask 59 aastat, haab 59 aastat, sanglepp 62 aastat
ja hall lepp 52 aastat. Treispooni valmistamiseks kasutatud puitmaterjalidel määrati
füüsikalised omadused, mis on toodud järgnevas alapeatükis 2.2.
Lisaks puitmaterjalile hangiti projektis ka spoonipõhiste materjalide valmistamiseks
vajaminevad liimid. Vineeri valmistamiseks kasutati tööstuses juba laialdaselt kasutatavad
fenoolformaldehüüdliimi, mis hangiti ettevõttelt Prefere Resins Finland Oy. Projektis
kasutatud puitmaterjali ja liimi hankimiseks projektivahendeid ei kasutatud.
14
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2.2. TP2. ERINEVATE VÄHEKASUTATUD JA
MADALAKVALITEEDILISE LEHTPUIDULIIKIDE
EELTÖÖTLEMISPARAMEETRID
2.2.1. PUIDULIIKIDE TIHEDUSED
Puidu kvaliteedi hindamisel määrati kõigepealt kasutatavate puiduliikide tihedused. Kuna
puidu tihedus on otseselt seotud ka tugevusomadustega, siis tiheduse määramine annab
ülevaate olemasoleva puiduressursi kvaliteedist ja aluse edasisteks uuringuteks.
Puiduliikide tihedust uuriti kahel eri aastaajal (oktoober, jaanuar) ning eri kasvukohtadest
langetatud puidust tarnitud palkidel. Oktoobris (2022) langetatud palkide asukoht oli
Järvselja, Tartumaa (Sihtasutus Järvselja Õppe- ja Katsemetskond) ning jaanuaris
langetatud ümarmaterjal (2023) pärines Ämarist Lääne-Harjumaalt (RMK). Puiduliikide
tihedused on toodud Joonis 1. Nagu jooniselt näha, on kase tihedus kõige suurem. Näiteks
on jaanuaris katsetatud haavapuidu tihedus ca 23% väiksem kasepuidu tihedusest.
Huvitav on aga see, et ülejäänud puiduliikide (haab, sanglepp ja hall lepp) tihedused on
väga sarnased. Kui vaadata erinevate langetusaegade ja kasvukohtade mõju puidu
tihedusele, siis märkimisväärset erinevust näha ei ole.
800
700
600
Density, kg/m3
500
400
300
200
100
0
2022, 2023, 2022, 2023, 2022, 2023, 2022, 2023,
oktoober jaanuar oktoober jaanuar oktoober jaanuar oktoober jaanuar
Birch Aspen Grey alder Black alder
Joonis 1. Puiduliikide tihedused
15
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2.2.2. PUIDULIIKIDE MEHAANILISED OMADUSED
Antud projektis määrati kindlaks uuringus kasutatud puiduliikide mehaanilised omadused
nagu puidu paindetugevus ja tõmbetugevus. Selleks et saaks teha järeldusi materjalide
valmistamise parameetrite valimiseks tuli välja selgitada kui palju puidu omadused
erinevad üksteisest.
PAINDETUGEVUS
Paindetugevus on oluline tugevusnäitaja puidust konstruktsioonmaterjalide
valmistamiseks. Pprojektis kasutatud puiduliikide paindetugevused on toodud Joonis 2.
Selgelt on näha, et suure tihedusega kasepuit on kõige suurema paindetugevusega.
Huvitav on aga näha, et haab ja sanglepp on sarnase keskmise paindetugevusega. Teistest
puiduliikidest väiksema keskmise paindetugevusega on hall lepp. Samas tuleb märkida, et
kui paindetugevuste keskväärtuste varieerumisest tulenevad einevused ei ole puiduliigiti
märkimisväärsed kui seda hinnata standardhälbe põhjal. Peamine erinevus
paindetugevustes tuleb välja võrdluses kasepuiduga, mis on teistes projektis kasutatud
lehtpuiduliikidest suurema tugevusega (25% suurem haavast, 42% suurem hall lepast ja
27% suurem sanglepast). Paindekatsete tulemused annavad hea lähtealuse nende
madalakvaliteediliste puiduliikide mehaaniliste omaduste parandamiseks läbi puidu
tihendamisprotsessi.
120
100
Bending strength, MPa
80
60
40
20
0
Birch Aspen Grey alder Black alder
Joonis 2. Puiduliikide paindetugevused
TÕMBEOMADUSED
Tõmbetugevus üks olulisi puidu tugevusnäitajaid (Joonis 3). Tähelepanuväärne on, et just
puidu tõmbetugevuse katsetulemustes esinesid suuremad erinevused kui painde või
survetugevusel. Ka siin on näha, et kasel on teistes puiduliikidest suurem tõmbetugevus,
keskmise väärtusega 155 MPa, mis on suurem nii haavast (45%), hall lepast (53%) kui
16
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
ka sanglepast (31%). Puidu painde- ja tõmbetugevusomaduste teadmine võimaldab
arhitektidel ja inseneridel teha vajalikke tugevusarvutusi, et lehtpuitu mitmekesisemalt
kasutada. See võimaldab arendada uuenduslikke puitkonstruktsioone, mis kasutaksid ära
looduslikust kasvukohast ja puiduehitusest tulenevat puidu tugevust ja jäikust.
Puidupõhiste komposiitide väljatöötamisel on tõmbetugevuse määramine nende
materjalide jõudluse parandamiseks hädavajalik, sest võimaldab luua uusi komposiite
madalakvaliteedilistest puiduliikidest, mis suudavad paremini jäljendada või ületada
naturaalpuidu omadusi.
180
160
Tensile strength, MPa
140
120
100
80
60
40
20
0
Birch Aspen Grey alder Black alder
Joonis 3. Puiduliikide tõmbetugevused
SURVEOMADUSED
Puidu survetugevus on oluline tugevusnäitaja konstruktsioonimaterjalide projekteerimisel,
ja valmistamisel. Erinevate projektis kasutatud puiduliikide survetugevused on toodud
Joonis 4. Projektis kasutatud puiduliikide survetugevused näitavad sarnast trendi painde
ja tõmbeomadustega, kus kask on kõike suurema tugevusega ja vähem tihedad puiduliigid
väiksema survetugevusega. Huvitava tulemusena võib välja tuua haavapuidu veidi
kõrgemat survetugevust kui halli lepal ja haaval (13% suurem hall lepast ja 14% suurem
sanglepast). Huvipakkuv tulemus on, et sanglepp ja hall lepp on sarnase survetugevusega
kuigi sanglepp on veidi suurema tihedusega. Puidu tugevusomadused sõletuvad
kasvukohast ja aastaajast, millal puu on metsas langetatud.
17
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
60
50
Compression strength, MPa
40
30
20
10
0
Birch Aspen Grey alder Black alder
Joonis 4. Puiduliikide surveomadused
2.2.3. EELTÖÖTLUSPARAMEETRID SPOONITREIMISEKS
Ühtlase spooni tootmiseks on vaja spoonipakke eelnevalt töödelda (plastifitseerida)
suurema niiskuse ja kõrgema temperatuuriga. Eeltöötlusparameetrid sõltuvad puiduliigist,
tihedusest, kuid ka puidu struktuurist. Varasematest uuringutest on teada kasepaku
eeltöötlusparameetrid hea kvaliteediga kasespooni saamiseks. Halli lepa, sanglepa ja
haavapuidu eeltöötluse parameetrite kohta enne treimist on aga teaduskirjanduses infot
vähe. Peamiselt on teada nende eeltöötlusparameetrid höövelspooni valmistamiseks.
Baltikumis ja Põhjamaades nendest lehtpuiduliikidest treispooni ei toodeta, kuid autoritele
teada olevalt on mõned ettevõtted neid tootmises katsetatud, kuid selle kohta avalik info
puudub. Seega uuriti antud projekti käigus sobivaid tootmisparameetreid just sanglepa,
halli lepa ja haava spooni treimiseks. Uurimistöö käigus selgus, et kuigi sanglepa ja halli
lepa tihedused on väiksemad kase omast, siis treimisparameetrid nendel puiduliikidel on
kasega väga sarnased, sest enamasti sobis neile sama või siis 5-10 °C madalam
leotustemperatuur madalam leotus temperatuur ühtlase paksuse ja pinnakvaliteediga
spooni treimiseks. Suur erinevus tekkis hoopis haava puidu puhul, kus kasega sama
leotustemperatuur põhjustab suurt pinnakaredust ning väga palju lahtisi kiudusid. Ühtlase
kvaliteediga spooni treimine muutub veelgi keerulisemaks, kui soovitav spoonipaksus
väheneb. Väiksemate spoonipaksuste korral < 1 mm väheneb haavaspoonist väljatulek
hüppeliselt.
Uurimustöö käigus tehti kindlaks, et optimaalne leotustemperatuur kase, sanglepa, halli
lepa ja haava puhul 1,5 mm spoonipaksuse treimiseks on 40°C. Leotusaeg peaks olema
vähemalt 24 h ning paksemate spoonipaksuste (üle 2 mm ning kuni 3 mm) treimisel
18
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
soovitavalt 72 h. Spoonitreimisparameetrid on toodud projekti raames valminud
teadusartiklites ja lõputöödes (Akkurt et al. 2024; Kallakas et al. 2024; Kilumets et al.
2024; Mühls 2024). Haava puhul on tulemused hoopis vastupidised. Näiteks 3 mm
haavaspooni treimiseks sobib 24 h kestev ja 40 °C temperatuuriga leotustsükkel. Samas
parem pinnakvaliteedi saamiseks ning väiksemate spoonipaksuste treimiseks on vaja
temperatuuri langetada märkimisväärselt. Haavapaku eeltöötlusparameetreid uuriti
vahemikus 16°C kuni -15°C. Tulemustest selgus, et kõige paremad haavapaku
eeltöötlusparameetrid õhukese <1 mm spooni treimiseks on -15°C (paku
konditsioneerimise aeg 10 päeva). Selliselt läbikülmunud spoonipakust on võimalik saada
ühtlast ja siledat haavaspooni ning spooniväljatulek treimisel on maksimaalne. Seega
sobiks näiteks madala tihedusega haavast spooni treimiseks talvised külmad ajad, kus
haavapuidu langetamisel ja ladustamisel on keskmine õhutemperatuur -15°C kraadi.
2.3. TP3. ERINEVATE VÄHEKASUTATUD JA
MADALAKVALITEEDILISE LEHTPUIDULIIKIDE
LÕIKETÖÖTLEMINE JA KUIVATUS
2.3.1. SPOONI TREIMISPARAMEETRITE UURIMINE
Spooni treimisparameetrite uurimisel kasutati tööstuslikku Raute spoonitreipinki (3HV66,
Raute Oyj, Lahti, Soome), mis võimaldab tagada täpselt samad parameetrid nagu
kasutatakse spooni treimiseks tööstuslikult. Selgitati välja sobivaimad treimise
parameetrid erinevatel puiduliikidel ja spoonipaksustele, mis määravad spooni väljatuleku
ja omadused. Nendeks parameetriteks on treitera teritusnurk, surveaste ja paku
pöörlemiskiirus. Antud projektis uuriti treimisparameetreid erinevatest puiduliikidest 3
erineva paksusega (1,5 mm, 2,6 mm ja 3,0 mm) spooni treimiseks. Projekti tulemusena
selgitati välja, et 1,5 mm, 2,6 mm ja 3,0 mm paksuste haava, sanglepa ja hall lepa
spoonide treimiseks on parim kasutada treiteranurka 19°. Kasest 1,5 mm paksuse spooni
treimiseks on parim kasutada treitera nurka 21°. Nende spooni paksuste puhul andis
parima tulemuse spoonitreimise kiirus 60 m/min. Siin tuleb aga täheldada, et kuna meil
ei olnud tegemist laboris automaatliiniga, siis kasutati väiksemat spoonitreimiskiirust kui
tootmises kasutatav ca 300 m/min. Erinevatel spoonipaksustel tuli kasutada erinevaid
survejoonlaua surveastmeid. Haavast 2,6 mm paksuse spooni treimsiel oli parim tulemus
surveastmega 5,87%, 3.0 mm paksuse spooni treimisel oli parim surveaste haava ja
sanglepa puhul 7,45% ja kasest 1.5 mm spooni treimisel oli parim surveaste 14,84%. Siit
19
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
on ka selgelt näha, et tihedamal puiduliigil on vaja suuremat surveastet kui madalama
tihedusega puiduliikidel. Spoonitreimise parameetrite valiku tulemused on esitatud
avaldatavates teadusartiklites (Akkurt et al. 2024; Kallakas et al. 2024; Kilumets et al.
2024).
Kui vähendada spoonipaksust <1 mm, siis selgus, et haava puhul oli kõige keerulisem
saavutada ühtlast spoonipaksust. Nagu eelnevas peatükis toodud, siis haavapuit vajab
eeltöötluseks madalaid temperatuure. Lisaks on haaval ka vaja teisi spoonitreimise
parameetreid. Peamised parameetrid, mida õhema haavaspooni puhul uuriti, oli surveaste
ja spooni treimiskiirus. Projektis katsetati mitmeid erinevaid surveastmeid vahemikus -
16.67% kuni 10.71% ning katsete tulemusena selgus, et parim spoonikvaliteet ja
väljatulek saavutati 6,67% surveastme juures. Teise parameetrina uuriti spooni
treimiskiirust. Vahemikus 30 kuni 60 m/min. Selle tulemusena selgus, et haava puhul
sobivad hoopis väiksemad treimiskiirused ja parima tulemuse andis 30 m/min spooni
treimiskiirus. Parima surveastme ja kiiruse juures tehtud katsete tulemused on kujutatud
Joonis 5.
ESIMESED KATSED LÕPPTULEM
Joonis 5. Eeltöötluse ja treimisparameetrite uurimise lõpptulem
2.3.2. SPOONI KUIVATUSPROTSESSI PARAMEETRID
Eelnevalt treiti erineva paksusega spoonid, millele järgnevalt uuriti kuivatusaegasid.
Haava-, sanglepa- ja kasespoonid treiti paksusega 1,5 mm. Lisaks treiti sanglepaspoonid
20
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
paksusega 3,0 mm ning haava spoonid paksustega 2,6 mm ja 3,0 mm. Nende
spoonikuivatusajad on toodud Tabel 1. Spoonide niiskus peale kuivatust sõltub, millist liimi
kasutatakse nendest spoonidest vineeri valmistamsel. Kõige enam kasutatakse vineeri
valmistamiseks fenoolliime. Fenoolliimide puhul peab spooni niiskus jääma vahemikku 4
± 1,5 % (soovitud keskmine spooni niiskus on 4,5 %). Pinnaspooni niiskus võib olla natuke
kõrgem (kuni 6 %) vineeri sisemiste kihtide spooni niiskusest. Spoonliimpuidu puhul on
suurema paksusega (tavaliselt 3,2 mm) spoonide niiskuseks 3-5 %. Kasevineeris valdavalt
kasutatava väikese paksusega spooni (tavaliselt 1,5 mm) tõttu toimub kuivamine kiiresti
ning kuivatusaega mõõdetakse minutites, olenevalt materjalist, kuivatitüübist ja režiimist
tavaliselt piirides 5-10 min. Õhukese spooni kuivatamine võtab aega alla 3 min, kuid
paksema spooni kuivatamine võtab umbes 2 korda rohkem aega.
Kuivatamisaega mõjutavad tegurid sõltuvad puiduliigist, spoonipaksusest ja kuivati tööst.
Neist olulisemad on kuivatusõhu temperatuur, kuivatusõhu suhteline niiskus ja õhu kiirus
spooni pinnal, spooni niiskussisaldus kuivamise ajal, spooni lõplik niiskus, spooni paksus,
puiduliik, puiduraku struktuur, mahukaal, pindmine ja sisemine kiht. Kask on loomult
tihedam ning oli 10% madalama niiskussisaldusega, seega kuivatusaeg oli ka lühem.
Tabel 1. Erineva paksusega spooni kuivatusajad (Akkurt et al. 2024)
Spooni paksus, mm
Puiduliigid
1,5 2,6 3,0
Haab (Aspen) 170 s 360 s 420 s
Sanglepp (Black alder) 160 s - 390 s
Halllepp (Grey alder) - - 390 s
Kask (Birch) 150 s - 360 s
21
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
1250
1150
1050
950
Mass (g)
850
750 Birch
650
Aspen
550
450 Grey alder
Black alder
350
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Time (s)
Joonis 6. 3,2 mm spooni kuivamiskõver vastavalt kuivatusajale
2.4. TP4. SPOONI ÜMARDAMISJÄÄKIDE
TÖÖTLEMINE RIBASPOONIKS
2.4.1. SPOONIJÄÄKIDE TÖÖTLEMINE
Kõikide materjalide valmistamiseks kasutati kuni 1,5 mm paksuseid kasepuidust
spoonijääke, mis jäid üle vineeri valmistamisest. Vajalikud spoonijäägid saadi kase
treimisest järele jäänud spoonitükkidest ja ümardusjäätmetest (Joonis 7). Antud töös valiti
materjalide valmistamiseks visuaalse vaatluse tulemusena spoonijääkide hulgast välja
kahe erineva kvaliteediga spoone – ühte tüüpi spoonid, mis olid terved ja piisavalt
pinnadefektide vabad, sobides seega kasutamiseks pealmiste spoonidena ning teist tüüpi
spoonid, mis olid visuaalselt vähem kvaliteetsemad (oksakohtadega jms), kuid sobisid
kasutamiseks vahespoonidena.
22
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Joonis 7. TalTech Puidutehnoloogia laboris treispoonitootmisel tekkinud
puidujäätmed (Kalju 2024)
Osa spoonijääke oli sobivas mõõdus, et valmistada 420 x 420 mm mõõtmetega
plaatmaterjale, kuid osa spoonijääke oli väiksema mõõduga ning neid oli tarvis töödelda
ribaspooniks. Väikesed spoonijäägid ühendati (õmmeldi) omavahel termoliimiga ning
käsimasinaga Kuper HFZ4 sobiliku suurusega spoonilehteks kokku (Joonis 8). Osal
spoonidel oli suur lainelisus ning käsimasinaga Kuper HFZ4 ühendamisel ribaspooniks läks
paljud spoonitükid siiski uuesti katki. Seega kasutati ühe meetodina ka spoonide
ühendamiseks maalriteibitükke, mis fikseerisid spooni asendi ning võimaldasid ribaspooni
sööta liimitamiseks liimivaltsidega. Töös uuriti, kas väikesemõõtmeliste (õmmeldud)
spoonijääkide kasutus mõjutab sellest valmistatud spoonliimpuidu või vineeri mehaanilisi
omadusi.
23
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Joonis 8. Spoonide õmblemine termoliimiga (Kalju 2024)
2.4.2. RIBASPOONIST PLAATMATERJALI VÄLJATÖÖTAMINE
Antud töös valmistati kokku kolme eri tüüpi materjali: LVL-P, LVL-C materjal ning vineeri.
Sobivate materjalide valimisel lähtuti sellest, et kuna LVL materjali kasutatakse laialdaselt
ehitustalade materjalina, siis ei ole tarvis selle valmistamiseks kasutada rohkem kui 420
mm laiusega spoone. Lisaks on spoonikihtide paralleelse asetusega juba tagatud puidule
piisavalt suured tugevusomadused ja vahespoonide kvaliteet ei pea vastama pealmiste
spoonide kvaliteedile, mis tähendab, et LVL materjali tootmiseks saab ära kasutada
erinevaid spoonijääke nii oksakohtadega kui ka väiksemate tükkidena. Esimesele
valmistatud LVL-P tüüpi materjalile oli iseloomulik kõikide spoonikihtide asetus üksteise
suhtes paralleelselt ja teisele LVL-C tüüpi materjalile oli iseloomulik 4. ja 6. spoonikihi risti
asetus võrreldes ülejäänud spoonikihtidega (Joonis 9). LVL plaatide kahte erinevat tüüpi
valmistamise eesmärgiks oli hiljem katsetamisega vaadelda, millised erinevused
mehaanilistes omadustes on märgatavad nii spoonikihtide eri asetuse kui ka tervete ja
õmmeldud spoonide kasutamise tõttu.
24
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Joonis 9. LVL-C plaat, kus 4. ja 6. spoonikiht asetsevad risti (Kalju 2024)
Vineeri valmistati kontrollmaterjalina LVL materjalile lisaks, kuna selle
valmistamisprotsess on ülekontrollitud ning usaldusväärne. Vineeri ja LVL materjaliga
samade füüsikaliste ja mehaaniliste katsete läbi tegemine võimaldab hiljem seega
analüüsida LVL materjali katsetulemuste usaldusväärust ja õigsust. Katsetulemuste
paremaks omavaheliseks analüüsimiseks valmistati kõik materjalid ühtemoodi puitplaatide
kujul. Kõik valmistatud puitplaadid olid paksusega vähemalt 12 mm ja koosnesid üheksast
spoonikihist. Iga materjali grupp koosnes kolmest plaadist ning kokku valmistati antud
töös kuus vineeriplaati ja kakskümmend neli spoonliimpuitplaati (Tabel 2). Antud projekti
tegevuste raames on valminud bakalaureusetöö, kus on protsess täpsemalt seletatud
(Kalju 2024).
Tabel 2. Puitplaatide valmistamisparameetrid ning puitplaatide arv iga materjali
tüübi kohta (Kalju 2024)
Puitplaatide valmistamisparameetrid
Spoonide paksus Spoonikihtide arv Külmpressimine Kuumpressimine
1,5 mm 9 10 min 1 MPa 9 min 1,8 MPa
Valmistatud puitplaatide arv
LVL-P LVL-C Vineer
Terved Õmmeldud Terved Õmmeldud
Terved spoonid Õmmeldud spoonid
spoonid spoonid spoonid spoonid
6 6 6 6 3 3
KOKKU 30
25
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2.5. TP5. PUIDU TUGEVUSOMADUSTE JA
VASTUPIDAVUSE PARENDAMINE
2.5.1. PUIDU TIHENDAMISE UURIMINE
Antud tööpaketis uuriti, kuidas tõsta madalama tihedusega ja vähekasutatud puiduliikide
tugevusomadusi nende tihendamise teel. Tavaliselt kasutatakse puidu maksimaalse
kokkusurutavuse saavutamiseks, kas kõrgeid temperatuure või suurt niiskust. Varasemad
teadusuuringud on keskendunud peamiselt kõrgetele temperatuuridele (>150 °C), et
saavutada puidu dimensionaalset stabiilsust. Kuid sellise meetodiga halvenevad tihti puidu
mehaanilised omadused. Selle vältimiseks keskenduti antud uuringus suuremale
puiduniiskusele (20 %). Niiskuse saavutamiseks kasutati kahte erinevat meetodit:
spoonide ühtlane konditsioneerimine puiduniiskuseni 20 % (chamber conditioned), ja
spooni kuivatamine puiduniiskuseni 20 % kohe pärast spooni treimist (dryer conditioned).
Samuti uuriti temperatuuri mõju (80 °C, 100 °C, 120 °C) tihendamisele, et leida kõige
optimaalsem temperatuur suure puiduniiskusega kombineerituna. Tihendamise surve ja
pressimisaeg jäid muutumatuks (6 MPa ja 15 min).
2.5.2. SPOONI TIHEDUS
Mõlema meetodi korral olid kontrollproovid kõige väiksema tihedusega (Joonis 10). Haava
ja kase puhul suurendas kõrgem temperatuur tihedust mõlemal viisil 20 % niiskuseni
viidud spoonides. Kuivatatud proovide puhul tõi kõrgem tihendamise temperatuur (120
°C) kaasa kase puhul keskmise tiheduse 960 kg/m³, mis oli 15 % suurem kui haava puhul
samal temperatuuril. Kontroll-haavaproovide tihedus oli 432 kg/m³ ja 120°C juures tõusis
see 831 kg/m³-ni, mis on 92 % kasv.
Sanglepa puhul oli kummaski meetodis tiheduse kasv ebaühtlane: 80 °C ja 100 °C juures
ei suurenenud tihedus oluliselt. Halli lepa puhul oli kuivatatud proovi tihedus 100 °C juures
tunduvalt suurem kui 120 °C juures.
26
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
1200 Dryer conditioned Chamber conditioned
1000
Density, kg/m3
800
600
400
200
0
80°C
80°C
80°C
80°C
100°C
120°C
100°C
120°C
100°C
120°C
100°C
120°C
Control
Control
Control
Control
Aspen Birch Black alder Grey alder
Joonis 10. Spooni tihedus enne ja pärast tihendamisprotsessi
2.5.3. SPOONI PINNAOMADUSED
Nii kliimakambri kui ka kuivati tingimustes olid tihendamata kontrollproovidest kõige
karedama pinnaga haab, millele järgnes hall lepp, ja kõige siledamad olid sanglepp ja
kask, mis olid ligikaudu kaks korda siledama pinnaga kui haab (Joonis 11). Tihendamine
80 °C juures muutis haavapinna kolm korda siledamaks kui kontrollproovil kambri
tingimustes ja 30 % siledamaks kuivati tingimustes, kuid see ei olnud veel võrreldav
kasega. Tihendamine 100 °C juures muutis kõigi puiduliikide pinnakaredused sarnaseks,
vahemikus 7-8,2 Ra, mis viitab sellele, et kõrgem temperatuur ei ole majanduslikult
otstarbekas. Kokkuvõttes näitavad katseandmed, et 100 °C juures tihendamine on
majanduslikult kõige otstarbekam, kuna selle temperatuuriga saadud tulemused on
paremad kui tihendamata kase omad kõigi madalama kvaliteediga liikide puhul (sanglepp,
hall lepp ja haab).
27
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
35 Dryer conditioned Chamber conditioned
30
25
20
Ra, µm
15
10
5
0
80 °C
80 °C
80 °C
80 °C
100 °C
120 °C
100 °C
120 °C
100 °C
120 °C
100 °C
120 °C
Control
Control
Control
Control
Aspen Birch Black alder Grey alder
Joonis 11. Spooni pinnakaredus enne ja pärast tihendamisprotsessi
Kliimakambri tingimustes oli kõige suurema kontaktnurgaga puiduliik pärast 40 sekundit
kask (Joonis 12). Halli lepa puhul oli suurim erinevus 80 °C ja 100 °C vahel, mis viitab
sellele, et 100 °C tihendamine on soodsam, kuna see suurendab kõigi liikide, välja arvatud
haava, hüdrofoobsust. Kuivati tingimustes olid parimad hüdrofoobsemad tulemused
saavutatud haava puhul 120 °C ja 100 °C juures. 80 °C juures näitas parimaid tulemusi
kask. Kokkuvõttes on tihendamine kõrgematel temperatuuridel (eriti 100 °C juures)
kasulik kõigi katses kasutatud puiduliikide puhul, parandades nende hüdrofoobsust ja
vähendades pinnakaredust.
90 Dryer conditioned Chamber conditioned
80
70
Contact angle, °
60
50
40
30
20
10
0
80 °C
80 °C
80 °C
80 °C
100 °C
120 °C
100 °C
120 °C
100 °C
120 °C
100 °C
120 °C
Control
Control
Control
Control
Aspen Birch Black alder Grey alder
Joonis 12. Spooni kontaktnurk enne ja pärast tihendamisprotsessi
28
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2.5.4. SPOONI MEHAANILISED OMADUSED
Tihendamistemperatuuri tõusuga suureneb spooni kõvadus märgatavalt (Joonis 13). Kõige
suurem puidukõvadus tihendamise tulemusel ilmnes kuivatimeetodil valmistatud halli lepa
puhul, kus 120 °C juures oli tulemus 230 % suurem kui kontrollproovil, suurenedes 17,5-
lt 57,8 MPa-ni. Kliimakambrimeetodiga oli parim pinnakõvadus 120 °C haaval, tõustes
18,7-lt 41,8 MPa-ni (124 %). 100 °C juures oli kuivatimeetodil parim tulemus kasel (48,6
MPa), järgnes haab (34,4 MPa). Standardhälbed olid suuresti erinevad ja selle põhjus
seisnes selles, et pärast tihendamist oli vineeri niiskus ebaühtlane, mis mõjutas vineeri
paksust. Kliimakambrimeetodil andid kõige paremad pinnakõvaduse tulemused haaval
(46,8 MPa) ning kasel (32,1 MPa).
90 Dryer conditioning Chamber conditioning
80
70
60
HB, MPa
50
40
30
20
10
0
Birch
Birch
Birch
Birch
Black alder
Black alder
Black alder
Black alder
Grey alder
Grey alder
Grey alder
Aspen
Grey alder
Aspen
Aspen
Aspen
Control 80 °C 100 °C 120 °C
Joonis 13. Spooni pinnakõvadus enne ja pärast tihendamisprotsessi
Antud katse käigus uuriti spooni tõmbetugevust ristikiudu (Joonis 14), mis oleneb kui
treilõhede sügavusest. Kontrollproovide põhjal võib järeldada, et haab on kõige madalama
tõmbetugevusega – katsekehade lõikamisel giljotiiniga läksid katsekehad juba katki. Puidu
tihendamise käigus tugevus kasvas, eriti märkimisväärselt 120 °C juures. Aga arvestades
suuri standardhälbeid, andis 100 °C usaldusväärsemaid tulemusi, tõstes madalama
tihedusega vähe kasutatud puiduliikide tugevusomadusi (haab, hall lepp ja sanglepp)
vähemalt kaks korda.
29
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
9
8
7
6
Strength, MPa
5
4
3
2
1
0
Control
Control
Control
Control
120°C
80°C
100°C
120°C
80°C
100°C
80°C
100°C
120°C
80°C
100°C
120°C
Birch Aspen Black alder Grey alder
Joonis 14. Spooni tõmbetugevus enne ja pärast tihendamisprotsessi
2.5.5. MÕÕTMETE STABIILSUS
Jätkates 100 °C tihendamise ja kliimakambris konditsioneerimisega, uuriti tihendatud
spooni dimensionaalset stabiilsust. Tihendatud puit taastab oma esialgse kuju kokkupuutel
niiskusega (nimetatakse set-recoveryks). Selle põhjustes ei olda kindlad kumb puidu
koostisosa mängib suuremat rolli – kas poolkristalliline tselluloos või ligniin. Uuringus
eemaldati kase, haava ja halli lepa 3.2 mm spoonidest 50% ligniini kasutades happelist
naatriumkloriidilahust.
180 4,0
SR Recovered thickness Densified thickness
SR, %, after 24h water soak
160 3,5
Veneer thickness, mm
140 3,0
120
2,5
100
2,0
80
1,5
60
40 1,0
20 0,5
0 0,0
65% RH 90% RH 65% RH 90% RH 65% RH 90% RH 65% RH 90% RH 65% RH 90% RH 65% RH 90% RH
Undelignified Delignified Undelignified Delignified Undelignified Delignified
Birch Aspen Grey alder
Joonis 15. Spooni dimensionaalne stabiilsus (set-recovery: SR) enne ja pärast
50% ligniini eemaldust (Kilumets et al. 2024)
30
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Ligniini eemaldamine koos järgneva tihendamisega kõrgema puiduniiskuse juures
suurendas saadud puidu tihedust vastavalt 89 %, 148 % ja 146 % kasel, haaval ja hallil
lepal. Ligniini eemaldamine koos niiskuse suurendamisega tihendamise ajal andis parimad
tulemused, eriti haava puhul, millel oli kõrge kokkusurutavus (60%) ja tiheduse
suurenemine 148 %, samas kui set-recovery oli madalam, 72 %. Ligniini puidust
eemaldamine ja tihendamine minimeeris set-recoveryt kõigi puuliikide puhul vahemikus
71-86 %, samal ajal saavutasid kontrollkatsed täieliku kuju taastumise (100 %). Uuringu
tulemused viitavad sellele, et nendes tingimustes mängib suuremat rolli puidus sisalduv
ligniin. Täpsemad tulemused on toodud avaldamisel olevas teadusartiklis (Kilumets et al.
2024).
2.6. TP6. VÄHEKASUTATUD PUIDU
LIIMIMISOMADUSTE UURIMINE
2.6.1. SPOONIDE LIIMIMIKULU JA OMADUSTE UURIMINE
Eelnevalt oli kindlaks tehtud, et spooni pinnakvaliteedid olid väga erinevad ja madalama
tihedusega puiduliikidel oli pinnakaredus suurem. Eriti oli pinnakaredust näha
haavaspoonidel. Sellest lähtuvalt uuriti ka nende spoonide liimimisomadusi. Peamine
näitaja tööstuse jaoks on liimikulu, sest see tõstab toote hinda. Liimikulu uuriti vineeride
valmistamisel tihendamata ja tihendatud spoonidest. Eesmärk oli vaadata, kas
tihendamisprotsess suudab vähendada liimikulu madalakvaliteedilistest spoonidest
valmistatud vineeridel. Selle uurimiseks valmistati vineerid: tihendamata spoonist (UN),
tihendatud pinnaspooniga (FVD) ja kõikides kihtides tihendatud spoonidega (AVD).
Vineeride skeemid on toodud Joonis 18.
Liimikulud varieerusid sõltuvalt kasutatud puiduliigist, spoonipaksusest ja sellest, kas
tihendamist rakendati. Madalaim liimikulu täheldati 9 mm UN mittetihendatud
kasevineeril, mille keskmine liimikulu oli 160 g/m². Seevastu kõrgeim liimikulu esines
sanglepa vineeris, keskmiselt 173 g/m². Sama paksusega vineeride puhul olid kase ja
sanglepa tihendatud pinnaspoonidega (FVD) vineerid sarnase liimi tarbimisega,
keskmiselt 159 g/m² haaval ja 160 g/m² sanglepa puhul. Kuna liimi kanti peale liimirulliga
ja pealmist kihti ei liimitud, olid liimikulud tulemused peaaegu samad. Kuid kui tihendatud
spoone kasutati kõigis kihtides (AVD), vähenes liimikulu oluliselt kõigi vineeride puhul.
Kõikides kihtides tihendatud spoonidega haava ja sanglepa vineerid näitasid vastavalt
keskmist liimikulu 136 g/m² ja 133 g/m². Seega võib öelda, et madalakvaliteediliste
31
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
puiduliikide tihendamine vähendab oluliselt nende pinnakaredust ja sellest tulenevat
liimikulu. Juba ainult pinnaspooni tihendamisega saavutati sanglepa ja haava spoonide
pugul sarnande keskmine liimikulu kase vineeriga. Täpsemad töö tulemused on toodud
selle projekti raames valminud teadusartiklis (Kallakas et al. 2024).
Tabel 3. Erinevatest puiduliikidest valmistatud vineeride liimikulu (Kallakas et al.
2024)
Puiduliik Vineeri tüüp Liimikulu, g/m²
Kask UN 160 (± 10.6)
UN 173 (± 7.5)
Sanglepp FVD 160 (± 7.2)
AVD 133 (± 2.2)
UN 165 (± 10.9)
Haab FVD 159 (± 19.3)
AVD 136 (± 7.2)
2.6.2. SPOONIJÄÄKIDEST VALMISTATUD MATERJALI LIIMIMISE
UURIMINE
Tootmises tekkivatest spoonijääkide kasutust uuriti vineeri ja spoonliimpuidu (LVL)
valmistamise eesmärgiga. Projekti raames uuriti millised on liimikulu erinevused terve
spoonilehe ja spoonijääkidest õmmeldud spoonide vahel nendes LVL ja vineeri
valmistamisel. Tulemused on toodud Tabel 4.
Tabel 4. Iga valmistatud materjali liimikulu g/m2 kohta, koos standardhälbega
(Kalju 2024)
Keskmine Minimaalne Maksimaalne
Standardhälve,
Materjal liimikulu, liimikulu, liimikulu,
g/m2
g/m2 g/m2 g/m2
LVL-P 155 142 177 6
LVL-P_Õ 154 137 218 8
LVL-C 161 139 167 4
LVL-C_Õ 152 150 188 6
VINEER 164 152 179 10
VINEER_Õ 161 149 177 9
32
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Liimitootja Prefere poolt oli etteantud kasespoonide liimimiseks eeldatav liimikogus
vahemikus 150 – 165 g/m2. Antud projekti uurimustöös jäävad valmistatud vineeride
liimikulu väärtused vahemikku 154 – 164 g/m2, mis vastavad liimitootja Prefere eeldatud
liimikogusele kasespooni puhul. Kõige suurem liimikulu, üle 161 g/m2, oli vineeril ja LVL-
C plaatidel. Nendest tulemustest lähtub, et spoonijääkide kasutamisel ei esine
märkimisväärseid erinevusi liimikulus ja seega saab nendel kasutada samu
liimimisparameetreid. Selle uurimuse raames on valminud bakalaureuse töö, kus on
toodud täpsem töö seletus ja analüüs (Kalju 2024).
2.6.3. LIIMIMISPROTSESSI ARENDAMINE
Kuna olemasolev liimimiseprotsess liimivaltsidega sõltub palju puidupinna
uuriti antud projektiraames võimalusi arendada ja katsetada ekstruuderitüüpi
liimipealekandmiseviisi, selleks et spoonipinna liimiga katmine ei sõltuks niipalju
pinnakvaliteedist ja saavutada ühtlasem liimikulu. Kuigi valtsi meetodiga liimi
pealekandmisel on palju plusse, on sellel ka miinuseid. Näiteks peavad spoonid
liimitamiseks väga ühtlase kvaliteediga, rullide vahel võib puruneda juba väikese
lainelisusega spoon. Kui vaadelda spooni liimiga katmist majanduslikust ja
säästvast aspektist, siis tuleks liimi kasutada võimalikult vähe, nii et säiliksid
vajalikud tugevus- ja vastupidavusomadused. Seetõttu võeti ülesandeks
liimiseadet, mis sobiks madalama kvaliteediga ja halvemate pinnaomadustega
liimimiseks. Selleks teostati projekti raames arendustöö liimiseadme
magistritööna (Kängsepp 2023). Kõigepealt tehti kindlaks, mis on erinevate
liimimisseadmete plussid (Tabel 5) ja miinused (
Tabel 6). Tulemuste põhjal otsustati valida vedel-ekstrusioon meetod
madalakvaliteediliste puiduliikide spoonide liimimiseks.
33
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Tabel 5. Erinevate liimitussüsteemide plussid (Kängsepp 2023)
Vedel-
Valts Kardin Vahtekstrusioon Pihustus
ektrusioon
Saab liimitada eri Saab liimitada eri Saab liimitada eri Saab liimitada eri
Usaldusväärne paksusega spooni paksusega spooni paksusega spooni paksusega spooni
korraga. korraga. korraga. korraga.
Masin on
Sobib ka CLT ja Sobib ka CLT ja Sobib ka CLT ja Sobib ka CLT ja
kompaktne ja
LVL-I LVL-I LVL-I LVL-I
võtab vähe
liimitamiseks liimitamiseks liimitamiseks liimitamiseks
ruumi
Suhteliselt väike
Väike liimikulu ja Väiksem liimikulu Väiksem liimikulu
Esmane liimikulu ja
kasutatud liim ja kasutatud liim ja kasutatud liim
investeering on kasutatud liim
suunatakse suunatakse suunatakse
madal suunatakse
süsteemi tagasi süsteemi tagasi süsteemi tagasi
süsteemi tagasi
Rullide vahe
Saab liimitada Saab liimitada Saab liimitada Saab liimitada
annab märku, kui
"lainelist" "lainelist" "lainelist" "lainelist"
spoon on vale
materjali materjali materjali materjali
mõõduga
Suhteliselt puhas Suhteliselt puhas
Lihtne hooldada
protsess protsess
Liimi hulka on Seade on lihtsa
lihtne reguleerida konstruktsiooniga
Liimi aurustumise
ala väiksem kui
teistel
protsessidel,
seega võib
liimituse ja
pressimise
vaheline aeg olla
pikem kui teistel
meetoditel
Sobib suurele
viskoossusvahemi
kule
34
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Tabel 6. Erinevate liimitussüsteemide miinused (Kängsepp 2023)
Valts Kardin Vahtekstrusioon Vedel-ektrusioon Pihustus
Mitmed tegurid võivad
tekitada kardinasse
Suurem Avade Avade
augud, jättes spoonile Liimi
liimikogus ummistumine võib ummistumine võib
liimitamata alad ebaühtlane
kui teistel teha liimituse teha liimituse
(vales vahekorras jaotus
meetoditel ebaühtlaseks ebaühtlaseks
segatud liim,
õhutõmme jne)
Aeglane
algus -
Avade
erineva Liimi Otsikute Otsikute
ummistumine
paksustega filtreerimissüsteem ummistumine teeb ummistumine teeb
võib teha
spooni puhul peab olema hea ja hoolduse hoolduse
liimituse
tuleb liimis ei tohi olla mulle keeruliseks keeruliseks
ebaühtlaseks
seadistust
muuta
Spoon peab
olema väga
ühtlane Täpse liimikoguse
Otsikute
(lame). saavutamine
Esmane investeering Esmane ummistumine
Ebaühtluse liimireservuaari
kõrge investeering kõrge teeb hoolduse
korral võib laiuses võib olla
keeruliseks
spoon keeruline
kergelt
puruneda
Raske
Esmane
märgata Liimi viskoossus peab Liimi omadused
investeering
liimitamata olema täpne halvenevad kiiresti
kõrge
alasid
Töö piirkond
Liimi
vajab
retsirkuleerimiseks
puhastust,
on vaja enne liimist
kuna liim
vaht eemaldada
pritsib
Lihtsustamaks projekteerimise lähteülesannet, võib kujutada ülesannet musta kasti
diagrammina. Musta kasti diagramm näitab kogu süsteemi kõrgeimat abstraktsiooni.
Nooled, mis lähevad musta kasti kujutavad süsteemi sisendeid ja nool kastist välja näitab
süsteemi väljundit. Must kast (Joonis 16) kujutab siinkohal projekteeritava süsteemi
35
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
peamist eesmärki. Sisendid on nii kliendi poolt saadud esmased nõuded kui ka
energiavajadus, mis on vajalik seadme töötamiseks. Väljundiks on liimitatud materjal.
Joonis 16. Liimitussüsteemi kõrgeim abstraktsioon – must kast (Kängsepp 2023)
36
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
MORFOLOOGILINE MAATRIKS
Kui musta kasti diagramm näitas süsteemi peamist eesmärki või peafunktsiooni, siis morfoloogiline skeem või korrastusskeem näitab
maatriksi abil erinevaid lahendusi valitud alafunktsioonidele. Maatriks on aluseks lõpliku lahenduse väljatöötamiseks kombineerides
osafunktsioonide lahendusi omavahel nii, et leitakse tellijale ja projekteerijale kõige rahuldavam lõpplahendus. Liimitamise osa-eesmärgid
on näidatud Tabel 7.
Tabel 7. Morfoloogiline maatriks liimitussüsteemile (Kängsepp 2023).
Lahendusvariandid
nr. Alafunktsioon 1 2 3 4 5
liigutatav
roteeritav süsteem
Spooni jõudmine manuaalne (inimene liimitusjaam ehk
1. konveier robot liigutab spooni erinevate
liimitamiseni viib liimitusjaamani) liimitusjaam liigub
operatsioonide vahel
spooni juurde
manuaalne (pintsli
2. Liimi jõudmine spoonini liimikardin liimiprits valts liimiribad
või rulliga pealekanne)
perforeeritud plaat liimikogust jälgitakse "kleepsu" või liimireservuaar on
Liimi ühtlane jagunemine mitu liimi sissevoolu
3. hajutamaks liimi voolumõõturiga ja kahepoolse teibi pikem, kui
spoonil liimituspeasse
väljalaset kohandatakse vastavalt süsteem liimituseavad
manuaalne (kõik ühekordne süsteem, puhastusaine
puhastusaine
süsteemi osad on peale iga liimitust valatakse
4. Süsteemi puhastamine pumbatakse süsteemist harjade süsteem
võimalik kraani all ära visatakse liimised manuaalselt
läbi
pesta) osad minema süsteemi
raskussensoriga klapp
Liimijoa manuaalne klapp Start/stopp teatud
5. (avab/suleb vastavalt roteeritav klapp liimijuga on katteta
avamine/lukustamine (inimene avab/suleb) aja tagant
liimi kogusele)
37
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
LIIMIEKSTRUUDERI PROJEKTEERIMINE
Edasi pandi paika disainiparameetrid ja hakati otsima parimat lahendust. Valituks osutus
liimiekstrusioonil põhinev süsteem, kuna selle liimitusmeetodi liimikulu on kõige väiksem
ja pealekanne ühtlane. Esmaste parameetrite teadasaamiseks viidi läbi katsed, mille jaoks
ehitati kolm prototüüpi. Esimene oli 900 mm lai ja 4 mm liimitusavadega, teine oli 450mm
lai ja 2,5 mm avadega ja kolmas oli muudatus teisest prototüübist. Kõik prototüübid
näitasid, et liimi ühtlane jaotus on väljakutse ja liiga viskoosne liim ei lähe väikestest
avadest läbi. Ehk tuleb väga täpselt jälgida liimitootja juhendeid. Peale katsetamist uuriti
teooriat ja sarnaseid tooteid, et leida lahendus liimi ebaühtlasele jaotusele. Projekteeritud
seadele pandi rohkem liimi sissevoolutorusid kui prototüüpidel. Liimitaja pea sisse pandi
perforeeritud plaat, mis aeglustab liimi voolu ja aitab liimi paremini jagada.
Töö käigus valiti ka materjalid masina osadele ja tehti arvutused pumba valikuks. Masina
raam ehitatakse Al-profiilidest Minitec, sest Al-profiilidel saab teisi masina osasid mugavalt
liigutada, liimitaja pea ja liimikogumisvann tulevad roostevabast terasest, sest see sobib
liimisesse keskkonda (Joonis 17). Voolikute ühendused tehakse Cam-lock kiirliitmikega, et
oleks mugav liimitaja reservuaari masina küljest võtta, nt. pesemiseks. Pump valiti
voolikpump (peristaltiline), mis suudab ühtlaselt pumbata nii suuri kui ka väikeseid
koguseid. Ühtlase jaotuse tagab ka pumba ja konveieri õiged kiirused. Töösse ei jõudnud
konveieri projekteerimine ja liimiavasid kattev klapp, mis tehakse edaspidi.
38
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Joonis 17. Projekteeritud liimi ekstruuderi seade (Kängsepp 2023)
2.7. TP7. KIHILISE
PUITPOLÜMEERKOMPOSIITMATERJALI
DISAIN OPTIMAALSETE TUGEVUSOMADUSTE
SAAVUTAMISEKS
Projekti käigus arendati välja erinevad kombinatsioonid spoonipõhistele toodetele nagu
vineer ja LVL. Eesmärk oli katsetada madala kvaliteediliste puiduliikide kasutamist nendes
toodetes ja selgitada välja, kuidas näiteks parendatud omadustega tihendatud spoonikihid
mõjutavad vineeri omadusi. Selleks arendati välja erineva struktuuriga vineerid. Eesmärk
oli disainida optimaalse tugevusega vineerid, mis saavutaksid vähemalt kasevineeriga
sarnased tulemused haava ja sanglepa spoone kasutades. Kuna puidu tihendamise
protsess on lisaetapp tööstuses ja paindetugevus sõltub peamiselt pinnaspoonikihist, siis
seati kõigepealt eesmärgiks kasutada tihendatud spoone pinnakihtides. Võrdlusena
kasutati neid ka kõikides teistes kihtides. Eesmärk oli vaadata, kas on võimalik juba ka
39
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
ühe tihendatud spoonikihiga saavutada sarnaseid tugevusomadusi kasevineeriga. Selleks
töötati välja erinevad vineeride struktuurid, mis on kirjeldatud allpool peatükkides.
2.7.1. KOLM ERINEVAT VINEERI STRUKTUURI
Vineeri ladumisviisid töötati välja kasutades standardset spoonide ristiliimimise meetodit.
Kõigepealt katsetati kolm erinevat ladumisskeemi tihendatud spoonide kasutamiseks
vineeris. Tüüp I vineer toimib kontrollproovina, mis on valmistatud 1,5 mm paksusest
tihendamata spoonidest. Tüüpide II ja III vineeride puhul on need kasutatud 3,0 mm
paksustest tihendatud ja tihendamata pinnaspooni kihtidest (Joonis 18, Tabel 8).
Täpsemad tulemused on avaldatud teadusajakirjas (Kallakas et al. 2024). Lisaks on need
tulemused kaitstud ka magistritööna (Mühls 2024).
Joonis 18. Vineeride skeemid (Kallakas et al. 2024)
Tabel 8. Vineeride ladumisskeemid (Kallakas et al. 2024)
Vineeri tüüp Tähis Ladumisskeem
Tihendamata UN N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5
Pinnakiht tihendatud FVD D3.0→1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5- D3.0→1.5
D3.0→1.5- D3.0→1.5- D3.0→1.5- D3.0→1.5- D3.0→1.5-
Kõik kihid tihendatud AVD
D3.0→1.5- D3.0→1.5
2.7.2. VIIS ERINEVAT VINEERI STRUKTUURI
Järgmisena lisati juurde ka 2,6 mm paksuseid spoone ja võrreldi nende ladumisskeeme.
Kokku valmistati viis erinevat tüüpi vineeri, mis koosnesid seitsmest kihist. Nende
vineeritüüpide üksikasjalik kirjeldus on esitatud Tabel 9. Vineeritüüpide II ja III puhul
moodustati pealmised kihid, õmmeldes kokku kuus väikest tihendatud spooni, millest
igaühe paksus oli 1,5 mm, tulemuseks 200 mm x 300 mm suurused pealmise kihi
spoonilehed. Nendes näidistes olid keskmised kihid valmistatud ühest 200 mm x 300 mm
x 1,5 mm tihendamata spoonist. Tüüp I vineer oli kontrollkatsekeha, mis oli suuruselt
identne tüüpidega II ja III, kuid erinevus seisnes selles, et pealmised kihid olid valmistatud
tihendamata spoonist. Haavavineeri puhul kasutati kahte tüüpi tihendatud spoone, mille
paksus vähenes algselt 2,6 mm-lt või 3,0 mm-lt 1,5 mm-ni. Tüüpide IV ja V vineerid
40
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
valmistati kasutades tihendatud spoonide algset paksust enne tihendamist. Tulemuseks
olid 12 mm paksused vineerid. Seda tehti võrdluseks 9 mm vineeridega, millel olid
tihendatut pinnaspoonid. Täpsemad tulemused on kirjutatud teadusartiklis, mis on
esitatud teadusajakirja avaldamiseks (Akkurt et al. 2024).
Tabel 9. Täiendatud vineeride ladumisskeemid (Akkurt et al. 2024)
Vineeri tüüp Ladumisskeem
I N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5
II D2.6→1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5- D2.6→1.5
III D3.0→1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5- D3.0→1.5
IV N2.6-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N2.6
V N3.0-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N1.5-N3.0
41
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2.8. TP8. KIHILISTE
PUITPOLÜMEERKOMPOSIITMATERJALIDE
OMADUSTE KARAKTERISEERIMINE
2.8.1. TIHENDATUD HAAVA JA SANGLEPA VINEERIDE TIHEDUS
Eelnevalt valmistatud madalama kvaliteediga puiduliikidest vineeridel määrati kindlaks,
missuguse tihedusega vineere on võimalik nendest saada. Järgmisena uuritu, kui palju
muutub vineeri tihedus, kui sinna lisada juurde tihendatud spoonikihte. Erinevatest
lehtpuuliikidest ja tihendatud spoonikihtidega valmistatud vineerproovid on näidatud
Joonis 19. Tulemused näitavad, et vineeri tihedust mõjutab oluliselt (p<0,017) kasutatud
lehtpuuliik. Spooni tihendamine suurendab selgelt haava ja sanglepa vineeri tihedust.
Ootuspäraselt saavutati suurim tihedus siis, kui kõik vineeri kihid olid tihendatud, sest kõik
spoonid olid siis suurema tihedusega. Sanglepa FVD ja AVD vineerid paistavad silma
sarnase või isegi suurema tiheduse kui UN kasevineer (vastavalt 822,98 kg/m³ ja 896,73
kg/m³ sanglepal võrreldes 824,30 kg/m³ kasevineeril). Lisaks näitas sanglepa AVD vineer
72,43 kg/m³ suuremat (p=0,005) tihedust kui UN kasevineer. Haava- ja sanglepa
vineerproovide puhul ilmnesid kõikide erinevate vineeritüüpide tihedustes
märkimisväärsed erinevused (p<0,017), mis tõestab, et puidu tihendamine avaldab
vineeri tihedusele olulist mõju. See on loogiline, arvestades, et suurem tihendatud
vineerikihtide arv vineeripaneelis suurendab ka kogu paneeli tihedust. Täpsemad
tulemused on toodud hetkel avaldamisel olevas teadusartiklis (Kallakas et al. 2024)
Joonis 19. Vineeritüüpide keskmised tihedused (Kallakas et al. 2024)
42
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Edasi uuriti viie eelnevalt arendatud vineeritüübi (Tabel 9) tihedusi. Tulemused on välja
toodud Joonis 20. Nende vineeritüüpide puhul andsid väikseima tiheduse haava tüüp IV
vineerproovid 517 kg/m³, samas kui suurim tihedus oli sanglepa tüüpi III vineerproovides,
846 kg/m³. Tulemustest selgus, et haavavineeri tihedus tihendatud pealmiste kihtidega
spoonide korral (2,6 mm ja 3,0 mm tihendatud kuni 1,5 mm) oli oluliselt suurem kui haava
vineeril, millel olid tihendamata kihid (1,5 mm). Sarnast tendentsi täheldati ka sanglepa
vineeride puhul. See näitab hästi tihendatud spoonikihtide lisamise olulist mõju vineeri
lõplikule tihedusele. Täpsemad tulemused on toodud avaldamisel olevas teadusartiklis
(Akkurt et al. 2024).
Aspen Black alder Birch
900
800
700
Density, kg/m³
600
500
400
300
200
100
0
I II III IV V I III V I
Aspen Black Alder Birch
Plywood type
Joonis 20. Viie erineva vineeritüübi keskmised tihedused (Akkurt et al. 2024)
2.8.2. MEHAANILISED OMADUSED
PINNAKÕVADUS
Pinnakõvaduse juures on näha trendi, kus tihendatud spoonide lisamine vineeri tõstab
oluliselt (p<0,017) vineeri pinnakõvadust võrreldes tihendamata UN vineeriga (Joonis 21).
FVD haava ja sanglepa vineeri pinnakõvadus oli vastavalt 65 % ja 93 % suurem kui UN
vineeril. Seda olulist pinnakõvaduse muutust tihendamise tulemusena võib seostada
rakkude ja kiudude luumenite sulgumise ning treilõhede kokkusurumisega. Siiski ei
täheldatud, et pinnakõvadus oleks oluliselt (p>0,5) suurenenud võrreldes FVD vineeriga,
kui kõik vineeri kihid olid tihendatud (AVD). Seda võib seletada pinnakõvaduse mõõtmise
meetodiga, kus kõvadust mõõdetakse ainult vineer ühelt poolt, mistõttu teised kihid ei
mõjuta oluliselt vineeri pinnakõvadust.
43
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Kui võrrelda madala kvaliteediga puiduliikidest tihendamise teel valmistatud vineeri
kõvadust tihendamata spoonsit kasevineeri (UN) kõvadusega, siis tihendamine suurendab
märkimisväärselt puidu pinnakõvadust, saavutades või isegi ületades kasevineeri pinna
kõvaduse (Joonis 21). Haava FVD vineeril oli kasevineeriga sarnane pinnakõvadus
(p=0,041), samas kui AVD proovid näitasid veidi suuremat pinnakõvadust kui kasevineeril
(p=0,013). Sanglepa FVD ja AVD vineeriproovid omasid aga märkimisväärselt (p<0,017)
suuremat pinnakõvadust kui UN kasevineeril. Nendest tulemustest selgub, et puidu
tihendamisega on võimalik olulise määralt parandada madalakvaliteedilise puidu
pinnakõvadust. See on väga oluline konstruktsioonmaterjalide puhul, eriti just
põrandalaudade või plaatide puhul, kus pinnakõvadus suurendab kraape- ja
kulumiskindlust. Täpsemad tulemused on toodud avaldamisel olevas teadusartiklis
(Kallakas et al. 2024).
Joonis 21. Vineeride pinnakõvadused (Kallakas et al. 2024)
KRUVIVÄLJATÕMBE TUGEVUS
Kruviväljatõmbe tugevus on oluline tugevusnäitaja just konstruktsioonplaatide juures, kus
on oluline kruviühenduste vastupidavus välistele jõududele. Peamiseks probleemiks
madalama kvaliteediga puiduliikidel on nende ebapiisav kruviühenduste tugevus. Seetõttu
uuriti siin projektis kruviväljatõmbe tugevust ja puidu tihendamise mõju selle
parandamisel. Tulemustest on näha, et spooni tihendamine omab positiivset mõju nii kruvi
väljatõmbe tugevuse osas (Joonis 22). Sanglepa puhul (AVD vineeritüüp) saavutati
tihendamise tulemusel kõrgeim kruvi väljatõmbamise koormus (1997,79 N) ja
vastupidavus (59,38 N/mm²). Siiski ei ole see oluliselt suurem (p=0,022) võrreldes kase
UN (mitte-tihendatud) vineeri kruvide väljatõmbe tugevusega (57,87 N/mm²).
44
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Oluline tähelepanek on see, et täiendavate tihendatud kihtide lisamine sanglepa vineerile
ei parandanud märkimisväärselt kruviväljatõmbamise tugevust, vaid ainult 5,74 N/mm²
võrra (FVD võrreldes AVD vineeriga), mis ei olnud statistiliselt oluline (p=0,140). Seevastu
maksimaalse kruvi väljatõmbamise koormuse osas on AVD vineeril selgelt
märkimisväärselt (p<0,017) suurem maksimaalne koormus võrreldes FVD vineeriga.
Tulemustest võib järeldada, et tihendatud pinnaspoonidega on võimalik oluliselt
parandada vineeri kruviväljatõmbe tugevust. Tihendatud pinnaspooni lisamine vineerile
suurendas 35% ja 16% kruvi väljatõmbetugevust vastavalt sanglepa ja haava FVD
vineeride puhul võrrelduna UN vineeriga. Veelgi paremaid tulemusi saavutati, kui kõik
spoonikihid olid tihendatud, siis kasvas kruvide väljatõmbetugevus vastavalt 50%
sanglepa AVD ja 38% haava AVD vineeride puhul võrreldes UN vineeriga. Täpsemad
tulemused on toodud avaldamisel olevas teadusartiklis (Kallakas et al. 2024).
Joonis 22. Vineeride kruviväljatõmbe tugevus (Kallakas et al. 2024)
LIIMÜHENDUSE TUGEVUS
Standardne vineer ja tihendatud pinnaspoonidega vineer läbisid liimühenduse tugevuse
testid. Tulemused on kokku võetud Tabel 10. Katsetulemused näitasid, et spooni
tihendamise ja vineeri liimühenduse tugevuse vahel ei esinenud olulist seost. Täheldatud
erinevused liimühenduse tugevuses osutusid oluliseks ainult erinevate puiduliikide puhul,
kusjuures kasevineer näitas suurimat liimühenduse tugevust (keskmiselt 2,23 MPa) ja
haavavineer madalaimat (keskmiselt 1,53 MPa). Pigem võib öelda, et liimühenduse
kvaliteet sõltub rohkem liimikulust, mis oli algselt erinevatel puiduliikidel erinevad ja ka
tihendatud ha tihendamata spoonidega vineeridel erinevad. Täpsemad tulemused on
toodud avaldamisel olevas teadusartiklis (Akkurt et al. 2024).
45
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
Tabel 10. Vineeride liimühenduse tugevus (Akkurt et al. 2024)
Puiduliik Vineeri tüüp Keskmine tugevus, (MPa) StDev, (MPa)
I 1.72 0.28
II 1.53 0.38
Haab III 1.78 0.02
IV 1.59 0.39
V 1.29 0.23
I 1.76 0.33
Sanglepp III 1.90 0.03
V 1.84 0.32
Kask I 2.29 0.39
PAINDETUGEVUS
Paindetugevus on üks peamisi tugevusnäitajaid vineeridel kasutamiseks
ehituskonstruktsioonides. Mitmeid trende võib täheldada paindetugevuse (σ) ja
maksimaalse jõu (Fmax) võrdluse tulemustest (Joonis 23). Esiteks, erinevate puiduliikide
kontrollproovide (tüüp I) hulgas näitas kasevineer kõige suuremat paindetugevust (σ =
123 MPa) ja maksimaalset jõudu (Fmax = 1437 N), samas kui haab näitas keskmiselt
madalaimaid väärtusi (σ = 82,7 MPa ja Fmax = 946 N).
Teiseks, tihendatud pealmiste spoonikihtide kasutamine suurendas oluliselt tüüp II ja tüüp
III haavavineeride paindetugevust vastavalt 13 % ja 26 % võrreldes tüüp I haava
kontrollproovidega, millel olid tihendamata spoonikihid. Sama trend kehtis ka sanglepa
vineeriproovide puhul, kui võrreldi tüüp III ja tüüp I vineere. Lisaks, mida suurem on
pinnaspooni tihendamise aste, seda suurem on tugevuse kasv tüüp II ja tüüp III haava
vineeride puhul. Näiteks pealmiste kihtide tihendamine 2,6 mm ja 3,0 mm spooni
paksustelt kuni 1,5 mm spooni paksuseni suurendas tugevust vastavalt 13 % ja 26 %
võrreldes tüüp I vineeridega.
Paindetulemuste põhjal täheldati suurimat paindetugevust (σ) tüüp III vineerides nii haava
kui ka sanglepa puhul, samas kui suurimad Fmax väärtused saadi tüüp V vineeridest.
Tulemused näitavad, et spoonide tihendamine suurendab märkimisväärselt tugevust ja
Fmax võrreldes kontrollproovidega (tüüp I), mille paksus on sama kui tihendatud spooniga
katsekehadel. Siiski, kuigi paindetugevus suureneb, on vineeride kandevõime võrreldes
46
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
kontrollproovidega (tüüp V), mille paksus on 12 mm ja mille pinnaspoonid on tihendamata,
oluliselt vähenenud. Lisaks, võrreldes tüüp III sanglepa vineeri standardse tüüp I kase
vineeriga, näitas sanglepp keskmiselt suuremat paindetugevust kui kask, kuid erinevus ei
olnud statistiliselt oluline. Siiski, samade vineeride puhul näitasid Fmax ja elastsusmooduli
võrdlused, et sanglepp saavutas oluliselt kõrgemad tulemused võrreldes tüüp I kase
vineeriga.
Kokkuvõttes võib öelda, et projekti tulemused näitasid suuremat paindetugevust
tihendatud spoonidega vineeridel sama paksuse juures. Kuid, kui mõõtmete piiranguid
pole ja vineer puutub kokku paindekoormustega, on parem kasutada tihendamata
spoonikihte vineeri tootmiseks. See tuleneb sellest, et tihendamata spoonikihid pakuvad
suuremat kandevõimet tänu suuremale paksusele ja inertsimomendile, mis on võrdeline
paksuse ruumalaga. Vineeri tootmise seisukohalt suureneb materjalikasutus, kui
kasutatakse tihendatud spoonikihte, arvestades puidu tihendamise protsessi
materjalikulu, energiavajadusi, pundumist ja mõõtmete ebastabiilsust. Puuduvad selged
eelised vineeris kõikide spoonikihtide tihendamiseks. Täpsemad tulemused on toodud
hetkel avaldamisel olevas teadusartiklis (Akkurt et al. 2024).
Joonis 23. Vineeride paindetugevused ja maksimaalsed paindejõud (Akkurt et
al. 2024)
47
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2.8.3. SPOONIJÄÄKIDEST VALMISTATUD PUITKOMPOSIITIDE
OMADUSED
Projektis analüüsiti 1,5 mm paksusega väikestest ja suurtest kasespoonijääkidest
(ribaspoonist) fenoolliimiga (Prefere) valmistatud 12 mm LVL-P, LVL-C ja vineeri materjali
füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi. Töös määrati puitkomposiitide tasakaaluniiskus, tihedus
(EN 322), liimühenduse kvaliteet /nihketugevus (EN 314-1, EN 314-2) ning paindetugevus
ja paindeelastsumoodul (EN 310) kahes eri katsekeha katseasendis (tasapinnaline ja
servapidi). (Kalju 2024)
Liimikulu, tiheduse ja nihketugevuse tulemused näitasid standardseid väärtuseid, mis
näitab, et valmistatud materjali valmistamise protsess laboris oli kvaliteetne ning
spoonijääkidest ribaspoonide kasutamine ei halvendanud omadusi. Tulemused on
väljatoodud alljärgnevalt Tabel 11, kus tähistus „Õ“ – märgib kokku ühendatud väikeseid
e õmmeldud spoonijääke. Liimühenduste kvaliteeti kontrolliti materjalidel, kus spoonikihid
asetsesid ka ristisuunas (seega LVL-P katsekehad jäid kõrvale) ning kõikidel katsekehadel
kontrolliti katsekehade kõige keskmiseid spoonikihte. (Kalju 2024)
Tabel 11. Spoonijääkidest valmistatud LVL-P, LVL-C ja vineeri materjali
tasakaaluniiskus katsetamisel, liimikulu, tihedus ja nihketugevus (Kalju 2024)
Nihketugevus,
Materjal Niiskus, % Liimikulu, g/m2 Tihedus, kg/m3
N/mm2
LVL-P 155 744 -
LVL-P_Õ 154 740 -
LVL-C 161 741 1,95
8,76
LVL-C_Õ 152 761 2,19
VINEER 164 763 2,3
VINEER_Õ 161 772 2
Suurimad paindetugevuse ja paindeelastusmooduli väärtused saavutati tasapinnaliselt
asetsenud katsekehade hulgas ja kõige väiksemad tulemused servpaindel. Samuti
katsetati katsekehasid pikisuunaliselt ja ristisuunaliselt pealmise spoonikihiga, kus ka
parimad tulemused saavutati pikisuunalistel katsekehadel ja halvimad ristisuunalistel
katsekehadel. Paindetugevuse ja paindeelastusmooduli väärtused on esitatud Tabel 12,
kus märgistus tähendab järgnevat:
48
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
ll – pealmise spoonikihi puidusüü suund on pikisuunas katsekehaga;
⟂ - pealmine spoonikihi puidusüü suund on ristisuunas katsekeha pikkusega. (Kalju 2024)
Tabel 12. Spoonijääkidest valmistatud LVL-P, LVL-C ja vineeri paindetugevuse ja
elastusmooduli tulemused (Kalju 2024)
Paindetugevus, N/mm2 Elastsusmoodul, N/mm2
Tasapinnaline Servpainde- Tasapinnaline Servpainde-
Materjal
katsekeha katsekeha katsekeha katsekeha
ll ⟂ ll ⟂ ll ⟂ ll ⟂
LVL-P 171,8 13,6 85,7 11,4 18 512,6 829,7 - -
LVL-P_Õ 166,3 12,5 87,9 9,1 17 778,5 880,5 - -
LVL-C 135,9 25,3 91,0 41,5 15 446,1 1496,0 5204,1 3121,0
LVL-C_Õ 139,6 23,4 87,5 42,0 15 373,5 1434,5 5092,7 3377,6
VINEER 116,7 78,4 - - 11 835,6 6771,6 - -
VINEER_Õ 115,8 76,4 - - 12 731,9 6525,6 - -
Kuna vineeri põhiline kasutusala on kui plaatmaterjal, siis ei viidud selle materjalitüübiga
läbi servpainde katsetusi. Küll aga tehti servpainde katsetusi LVL materjalidega, kuna seda
materjali kasutatakse ka ehituses nt talana. LVL-P materjali puhul ei ole elastusmooduli
tulemusi võimalik esitada katsetamisel andmete ülesmärkimisel tehtud inimliku vea tõttu.
(Kalju 2024)
Tulemused näitasid, et õmmeldud spoonide kasutust vahespoonidena materjalides ei
mõjutanud märkimisväärselt materjali vastupanu paindele. Kõik erinevad muutused
katsetulemustes olid põhjustatud vaid spoonikihtide asetusest ning puidukiu suunast
katsekehadel. Statistilise analüüsi tulemusena (t-test) ei leitud erinevate katsegruppide
vahel statistiliselt märkimisväärseid erinevusi, st ei olnud vahet, kas materjal oli
valmistatud väikestest õmmeldud spoonijääkidest (ribaspoon) või suurema mõõtmetega
spoonijääkidest. Detailse ja põhjaliku tulemuste esituse ja analüüsiga saab tutvuda
bakalaureusetöös „Spoonijääkide taaskasutamine spoonliimpuit-toodete valmistamisel“.
(Kalju 2024)
49
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
2.9. TP9. PROJEKTI ADMINISTREERIMINE
Projektis oli projektijuhi poolt jagatud töö teostamine põhitäitjate vahel vastavalt
tööpakettide järgi, kus iga tööpaketi eest vastutas vähemalt üks põhitäitja. Projektijuht
koordineeris kõikide tööpakettide täitmis ja tema poolt oli iga kahe nädala tagant
korraldatud projekti koosolekud kus arutati projektis tööpakettide tegevusi ja nende
täitmist. Tööde teostamisel osalesid ka bakalaureuse-, magistri- ja doktoriõppe tudengid,
kes said läbi projekti teostada oma lõputöid. Projekti finantspoole, kuludokumentide ja
tööajatabelite täitmise korraldas TalTech raamatupidamisosakond. Projektijuht vastutas
andmete kogumise eest ja koordineeris projekti tulemuste esitamist ning lõppraporti
kirjutamist.
2.10. TP10. PROJEKTIS VAJAMINEVATE
SEADMETE HANKIMINE
Selles projektis ei hangitud uusi seadmeid projekti toetuse eest. Projekti käigus
projekteeriti uus liimiekstruuder, mis on toodud aruandes 2.6. Projekti käigus projekteeriti
ka uued kuumutus- ja jahutussüsteemiga pressplaadid puidu tihendusprotsessi täpseks
kontrollimiseks ning täiustati spoonikuivatuse niiskusemääramise süsteemi.
2.11. TP11. ÜLDKULULÕIV PALGAKULUDELT
Vastavalt ülikooli üldkulu eraldise eeskirjale maksti üldkululõivuks 15% palgakuludelt, mis
on väljatoodud eraldi tegevusena projektis.
50
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
KOKKUVÕTE
Projekti eesmärgiks oli Eestis vähekasutatud ja madalakvaliteediliste puiduliikide
väärindamine uutes puitkomposiitides. Projekti käigus kasutati peamiselt nelja erinevat
puiduliiki: kask, haab, sanglepp ja hall lepp. Kask oli projektis kõrge kvaliteediga
referentsmaterjal, millega teisi madalama kvaliteediga puiduliike võrreldi. Kõigepealt
määrati kindlaks nende puiduliikide füüsikalised omadused. Katseliselt valiti nende
mehaaniliste omaduste parandamiseks puidu tihendamise protsess, mida oleks ka
tootmises võimalik lihtsalt kasutada juba olemasolevate seadmetega. Peamiseks
puitpolümeerkomposiitideks antud projektis olid vineer ja spoonliimpuit.
Puidu tihendamisprotsessi ja sellest valmistatud tihendatud spooni omaduste uurimise
selgus, et puidust ligniini eemaldamine võib oluliselt hõlbustada puidu tihendamist,
säilitades samal ajal puidurakkude terviklikkuse. Ligniini eemaldamise tulemusena
säilitasid puiduproovid pärast niisketes tingimustes viibimist, vees leotamist ja ahjus
kuivatamist (madalam mõõtmete taastumine, SR) parema mõõtmete stabiilsuse. Ligniini
eemaldamise kombineerimine suure niiskusesisaldusega tihendamise ajal osutus
kasulikuks, vähendades mõõtmete taastumist kogumõõtmetest 70%-ni. Tulemused
kinnitavad ligniini rolli puidurakuseina deformatsiooni taastumisel tihendamise ajal ja
rakuseina algse kuju taastamisel uuesti niiskumisel. Mõõtmete taastumise tihendatud
puidu niiskumisel vähenes tihendatud spoonil, millest oli ligniin eelnevalt eemaldatud.
Kuna mõõtmete taastumine tihendatud puidu niiskumisel siiski esineb jääb ligniini
eemaldamise mõju selles aspektis väikeseks ja vaja on uurida ka hemitselluloosi mõju.
Tihendatud spoonide kombineerimisel vineeris täheldati, et madala kvaliteediga
puiduspoonide tihendamine ja nende kasutamine vineeri pinnakihtides suurendab oluliselt
vineeri üldist tihedust. Siiski saavutas ainult sanglepa kõikide tihendatud spoonidega
vineer suurema tiheduse kui kasevineer. Täheldati statistiliselt olulist positiivset
korrelatsiooni (r = 0.776 ja p < 0.05) vineeri tiheduse ja kruvi väljatõmbejõu vahel, mis
püsis samasugune kõigi erinevate puiduliikidega vineeritüüpide puhul. Tulemused
toetavad hüpoteesi, et ainult pinnaspoonide tihendamisega saavutatud suurem vineeri
tihedus parandab märkimisväärselt kruvi väljatõmbetugevust. Sellegipoolest jäi kruvi
väljatõmbejõud kõrgeimaks kasevineeri ja tihendatud spoonikihtidest valmistatud
sanglepa vineeri puhul. Siiski suurendasid tihendatud pinnaspoonid märkimisväärselt
haava ja sanglepa vineeri kruvi väljatõmbejõudu võrreldes kasevineeriga.
Järeldati, et vineeri pinnakihi tihedus mõjutab oluliselt vineeri pinnakõvadust. Ülejäänud
vineerikihtide tihedus ei näidanud märkimisväärset panust pinnakõvadusse. Seevastu,
51
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
suurem arv tihendatud kihte vineeris andis märkimisväärse panuse kruvi väljatõmbejõu
suurenemisse. See kasv on tingitud tihendatud puidus kokkusurutud kiududest ja
kompaktsest struktuurist, mis tugevdavad ühendust kruvi keerme ja puidu vahel. See
efekt muutub märgatavamaks, kui vineeri kihtides on rohkem tihendatud spoonikihte.
Tihendatud vineeri pinnakihid suurendavad paindetugevust ja jäikust võrreldes
samasuguse paksusega tihendamata vineeriga. Tihendatud vineeridel oli madalam
pinnakaredus, kuid see ei mõjutanud tihendamata ja tihendatud vineeride liimühenduse
kvaliteeti.
Kui materjali paksusel ei ole mõõdupiiranguid ja vineer töötab paindekoormusele, on
soovitatav vineeri tootmiseks kasutada tihendamata spoone. Seda seetõttu, et
tihendamata vineerid tagavad suurema kandevõime tänu suuremale paksusele ja
jäikusele.
Vineeri tootmisel suureneb materjalikulu tihendatud vineeride kasutamisel, arvestades
tihendusprotsessi materjalikulu, pundumise ja mõõtmete stabiilsuse probleeme. Seetõttu
on läbini tihendatud spoonikihtidest valmistatud vineeril olulisi eeliseid tihendatud
pinnaspoonidega vineeri ees.
Spooni tihendamine töötab paremini konstruktsioonimaterjali töötamisel tõmbe- ja
survekoormuse tingimustes, kuna tugevus nendes olukordades on pöördvõrdeline
paksusega. Tihendatud spoonide kasutamine ainult vineeri ülemistes ja alumistes kihtides
võib suurendada vastupidavust paindekoormustele sarnaselt kõigi kihtide tihendatud
vineeriga, kuid on väiksema materjalikuluga. Kihtide arvu optimeerimine võib vähendada
kandevõime kadu. Selle väikese kompromissiga on võimalik toota vineeri väiksemate
paksusmõõtudega või vineeri, mis näitab suuremat paindetugevust, kandevõimet ja
suuremat elastsusmoodulit võrreldes sama paksusega tihendamata spoonidest
valmistatud vineeriga, ilma tootmisprotsessi muutmata.
Tervetest spoonijääkidest valmistatud spoonliimpuidust katsekehadel ei olnud võrreldes
väikestest spoonijääkidest (ehk õmmeldud spoonidest) valmistatud katsekehadega
märkimisväärseid erinevusi tugevuskatsete tulemustes. Ka vineerist katsekehad näitasid
võrreldes vineeri käsiraamatus (Latvijas Finieris) esitatud andmetega sarnaseid
katsetulemusi.
Kokkuvõtteks võib öelda, et projektile seatud eesmärgid said täidetud. Projekti
tulemusena tõestati, et madala kvaliteedilisi puiduliike nagu sanglepp, hall lepp ja haab
on läbi puidu tihendamise ja erinevate kihtidega kombineerimise võimalik edukalt
kasutada puitkomposiitmaterjalides (vineer ja spoonliimpuit). Spoonitootmisel ülejäävaid
ribaspooni jääke on võimalik edukalt kasutada spoonliimpuidu tootmisel.
52
EESTI VÄHEKASUTATUD PUIDULIIKIDE KASUTUSVÕIMALUSED UUTES SPOONIPÕHISTES TOODETES
KASUTATUD KIRJANDUS
Akkurt, Tolgay, Anti Rohumaa, Heikko Kallakas, Alexander Scharf, and Jaan Kers. 2024.
‘Enhancing the Bending Strength, Load-Carrying Capacity and Material Efficiency of
Aspen and Black Alder Plywood through Thermo-Mechanical Densification of Face
Veneers’. Construction and Building Materials.
Kalju, Loretta. 2024. ‘SPOONIJÄÄKIDE TAASKASUTAMINE SPOONLIIMPUIT-TOODETE
VALMISTAMISEL’. Bachelors thesis, Tallinn University of Technology, Tallinn.
Kallakas, Heikko, Tolgay Akkurt, Alexander Scharf, Fred Mühls, Anti Rohumaa, and Jaan
Kers. 2024. ‘The Effect of Hardwood Veneer Densification on Plywood Density, Surface
Hardness, and Screw Withdrawal Capacity’. Preprints. doi:
10.20944/PREPRINTS202406.0401.V1.
Kängsepp, Kärt. 2023. ‘LIIMITUSSEADME PROJEKTEERIMINE PUIDUTEHNOLOOGIA
LABORILE’. Master’s thesis, Tallinn University of Technology, Tallinn.
Kilumets, Catherine, Heikko Kallakas, Sally Ralph, J. Y. Zhu, Christopher G. Hunt, Anti
Rohumaa, and Jaan Kers. 2024. ‘Effect of Lignin on Veneer Densification and Set-
Recovery’. Construction and Building Materials.
Mühls, Fred. 2024. ‘ENHANCING PLYWOOD SCREW WITHDRAWAL STRENGTH AND
SURFACE HARDNESS PROPERTIES WITH DENSIFICATION OF FACE VENEERS’.
Master’s thesis, Tallinn University of Technology, Tallinn.
53