KAYIN (Fagus orientalis Lipsky.) VE KAVAKTAN (Populus nigra

KAYIN (Fagus orientalis Lipsky.) VE KAVAKTAN (Populus nigra) ÜRETİLEN
KOMPOZİT LAMİNE MALZEMELERDE KATMAN ORGANİZASYONUN
EĞİLME DAYANIMI VE ELASTİKİYET MODÜLÜ ÜZERİNE ETKİLERİ
Erol BURDURLU
[email protected]
Murat KILIÇ
[email protected]
Abdullah Cemil İLÇE
[email protected]
Ozan UZUNKAVAK
[email protected]
Hacettepe Üniversitesi
Mesleki Teknoloji Yüksek Okulu
Ağaçişleri Endüstri Mühendisliği Bölümü
Beytepe – Ankara / TÜRKİYE
ÖZET
Bu çalışmada, 3mm kalınlığında kayın (Fagus orientalis Lipsky) ve kavak (Populus nigra) kesme
kaplamalarından farklı kompozisyonlarda elde edilmiş lamine ahşap malzemelerin eğilme direnci ve elastikiyet
modüllerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Laminasyonda tutkal türü olarak polivinil asetat (PVAc-kleiberit 303)
kullanılmış ve –AAAAAAA- (7A), -BBBBBBB-(7B),
-ABBBBBA-, -ABABABA-, -AABBBAA-, -AABABAA, -ABBABBA-, -BABABAB-, olmak üzere 8 farklı kompozisyonda lamine ve aynı ölçülerde kontrol amaçlı kayın ve
kavak masif deney numuneleri hazırlanmıştır. Her grup için 16 şar adet olmak üzere toplam 160 adet deney numunesi
hazırlanmış, numunelerin TS EN 310 standartlarına uygun olarak eğilme direnci ve elastikiyet modülleri belirlenmiştir.
Ayrıca her bir kompozisyondan 16 şar adet yoğunluk deneyi numunesi alınmış, hava kurusu özgül ağırlık değerleri
tespit edilmiştir. Deneyler sonunda yapılan istatistiksel karşılaştırmalar sonucunda; lamine malzemelerin eğilme direnci
ve elastikiyet modülü değerleri aynı türün masif olanına oranla daha yüksek değerde bulunmuştur. Kayın’ın laminasyona
katılım oranı arttıkça uygulanan deneylerin tümünde olumlu sonuçlar meydana gelmiş, direnç özellikleri iyileşmiştir.
Anahtar Kelimeler: Laminasyon, Doğu Kayını, Kara Kavak, Eğilme Direnci, Elastiki-yet, Özgül Ağırlık,
PVA-kleiberit 303 tutkalı.
EFFECTS OF PLY ORGANIZATON TO BENDING STRENGTH AND ELASTICITY MODULUS OF
WOODEN COMPOSITE LAMINATED MATERIALS FROM BEECH- (Fagus orientalis Lipsky.) AND
POPLAR (Populus nigra) WOODS
ABSTRACT
In this study,
bending strength and elasticity modulus of wooden materials laminated with various
compositions from the sliced veneer 3mm in thickness of Beech (Fagus orientalis Lipsky.) and Poplar (Populus nigra)
woods were researched. The specimens laminated at 8 various compositions as –AAAAAAA- (7A), -BBBBBBB-(7B), ABBBBBA-, -ABABABA-, -AABBBAA-, -AABABAA-, -ABBABBA-, -BABABAB- and solid Beech and Poplar
specimens for control purpose at the same measures with the laminated specimens were prepared. Polivinil acetat
(PVAc-kleiberit 303) glue was used to bond the plies of the laminated specimens. A total of 160 specimens (16
specimens per variation) was prepared and bending strength, elasticity modulus, and air-dry specific gravity of these
specimens were determined in accordance with TS EN 310. Acording to data obtained statistically from the tests, the
bending strength and elasticity modulus values of the laminated woods are higher from the values of solid woods. In
addition, the strength properties develope as addition proportion of Beech wood increases.
Key Words: Lamination, beech (Fagus orientalis Lipsky.), poplar (Populus nigra), bending strength, elasticity,
specific gravity, PVA-kleberit 303 adhesive.
1. GİRİŞ
Bilinen olumlu özellikler yanında ahşap malzeme
homojen olmayan yapısal
özelliklerinden ve dış etkilerden kaynaklanan farklı kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikler ve
bundan kaynaklanan farklı etkilere farklı tepkiler, şekil değiştirme, alansal kalite farklılıkları,
alansal ekstraktif yoğunlaşması gibi olum-suz özelliklere de sahiptir. Bu olumsuzlukların
giderilebilmesi, farklı etkilere daha iyi tepkiler verilebilmesi ve daha ekonomik
değerlendirilebilmesi için ah-şap ya masif olarak ya da farklı fiziksel, kimyasal ve mekanik
işlemlerle kom-pozit olarak yeniden yapılandırılmakta, farklı kullanım amaçlarına uygun yeni
ahşap esaslı malzemeler üretilmektedir. Bu yapılardan birisi de “laminasyon”-dur.
Lamine ahşap malzeme, “Odun lamellerin özellikle liflerinin paralel ola-rak
yapıştırılmasıyla elde edilen yapı elemanı” olarak tanımlanmaktadır1. Bu tanımdan hareketle, aynı
veya farklı ağaç türlerinden elde edilmiş aynı veya farklı kalınlıklardaki ince ahşap plakalar lif
doğrultuları birbirine paralel olarak amaca uygun farklı tutkal türleri ile üst üste yapıştırılarak
lamine ahşap mal-zeme elde edilmektedir. Böylelikle, aynı ahşap türünün aynı kalınlıkta masifine
kıyasla daha dayanıklı bir malzeme elde edilmekte, soğuk veya sıcak bükme işlemlerine uygun
bir yöntem ortaya çıkmaktadır. Ara katlarda, aynı veya farklı ağaç türlerinden kalitesi düşük veya
daha ucuz malzeme kullanılarak işlemin ekonomikliği arttırılabilmektedir. Ayrıca, ahşapla
birlikte diğer endüstriyel mal-zemeler de kombine edilerek farklı davranışlı kompozit malzemeler
türetilebil-mektedir.
Ahşap lamine elemanlar, kullanılan katman kalınlıklarına göre farklı şe-kilde
adlandırılmaktadır. Yapıda strüktürel sistem elemanlarında kullanılan bü-yük boyutlu lamine
ahşap yapı elemanlarının (kiriş, kolon, kemer v.b.) üreti-minde 25,4 mm ile 50,8 mm arasındaki
kalınlıklarda masif ağaç malzeme kullanılmakta ve bu özelliklere sahip olan lamine ağaç
malzeme “GLULAM (Glued Laminated Timber)” olarak adlandırılmaktadır. Mobilya
endüstrisinde uygulanan küçük boyutlu ahşap lamine elemanların üretiminde ise uygulanan forma
göre maksimum 3,2 mm katman kalınlığında ağaç kaplama kullanılmakta ve bu tür ahşap lamine
elemanlar “LVL (Laminated Veneer Lumber)” ya da “MICROLAM” olarak adlandırılmaktadır2.
Yukarıdaki ilkeler dahilinde üretilen lamine malzemelerin fiziksel ve mekanik davranışları
kullanılan ağaç türü ile birlikte diğer katman malzeme-lerinin genel özelliklerine, ağaç türü
kompozisyonuna, tutkal türüne, kat kalın-lıklarına, vb. faktörlere göre değişmektedir.
1
TS EN 310, “Ahşap esaslı levhalarda eğilme dayanımı ve eğilme elâstiklik modülünün tayini”, TSE, (1997).
2
Stevens, W. C., Turner, N., “Wood bending handbook”, Woodcraft supply corp., London, 30-40 (1970).
Lamine katmanı ile desteklenen masif kirişlerin eğilme direnci, lamine katman ile
desteklenmeyenlerden % 10 daha fazla olup, 1.sınıf 3 mm kaplama destekli kirişlerin eğilme
direnci, 2. ve 3. sınıf 2,2 mm'lik kaplama destekliler-den % 6 daha yüksektir3.
Ekonomik değeri az olan küçük çaplı ve uzun boy Göknar ağacından lamine edilerek elde
edilen kerestenin yapılarda taşıyıcı sistem elemanı olarak kullanılabilirliğine yönelik çalışmada,
kalite özellikleri ve ekonomik değeri düşük ağaç malzemelerden laminasyon yöntemiyle daha
yüksek kalite özellikle-rinde yapısal elemanlar üretilebileceği ve kat kalınlıklarının değişken
şekilde uygulanabileceği tespit edilmiştir4.
Lamine katmanlarda bulunan budak sayısı, budak çapı ve iki budak arası mesafe üretilen
malzemelerin eğilme direncini etkilemekte, iki budak arası mesafenin en az 9 cm olması
gerekmektedir5.
Minimum kalite özelliklerinde Göknar ve Güney Çamı’ndan 4 katmanlı ve 15 ve 20cm
katman genişlikli lamine olarak hazırlanan kirişlerde, lamine katman genişliği eğilme direnci
üzerinde etkili değildir6.
Farklı katman kalınlığı ve farklı kaplama kalite sınıfındaki Göknar numu-nelerde, katman
genişliği eğilme direnci ve elastikiyet modülü üzerinde etkili olmayıp, lamine katman kalınlığının
artmasıyla eğilme direnci azalmakta, elastikiyet modülü ise katman kalınlığından
etkilenmemektedir7.
3-5-7 mm kalınlıkta Kızılçam (Pinus brutia Ten) Polivinilasetat (PVAc) ve Poliüretan (PU)
tutkalı kullanarak hazırlanan laminasyon malzemede tutkala bağlı olmaksızın katman kalınlığı
arttıkça eğilme direnci azalmakta, elastikiyet modülü ise artmaktadır8.
2 ve 4 mm katman kalınlıkları ile Polivinilasetat (PVAc) ve Poliüretan (PÜ) tutkalı
kullanılarak lamine edilmiş doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky)’-nda katman kalınlığı artıkça,
hem PVAc, hemde PU tutkallı numunelerde eğil-me direnci ve elastikiyet modülü azalmaktadır9
10
.
Ahşabın sertlik ve dayanım özelliklerini geliştirmek için grafit-epoksi (graphite-epoxy) ve
polyester-cam (polyester-glass) kullanarak Göknar 'a karma laminasyon uygulanmıştır. Elde
edilen kompozit lamine malzemelere çekme, üç nokta eğilme ve konsol eğilme testleri
uygulanmıştır. Araştırma sonuçlarına göre, grafit-epoksili laminasyonun sertlik değerleri
polyester-cam uygulanan laminasyona göre daha iyi olup üç nokta eğilme testinde, polyestercamlı lami-nasyon grafit-epoksili laminasyona kıyasla daha iyi sonuçlar vermektedir11.
Cam lifleri ile güçlendirilmiş değişik formlardaki ahşap lamine kirişlerde gerilmelerden
dolayı ortaya çıkabilecek çatlaklara karşı dayanma noktasının tespitinde, cam lifleri ile
güçlendirilmiş deney numunelerindeki çatlamalar güç-lendirilmemiş kirişlere nazaran daha yavaş
3
3
5
6
7
8
9
10
11
Strıckler, M. D., - Pellerın, R.F., “Tension Proof Loading Of Finger Joint For Laminated Beams” Forest Product Journal
Vol. 21. No: 6, 1971.
Tichy, R.J., Bodig G.J., “Flexural properties of glued laminated lodgepole pine dimension lumber”, Forest Product Journal,
29 (9): 52-64 (1978).
Wolf, R., Moddy R. C., “Bending strenght of vertically glued laminated beams”, Forest Product Journal, 30 (6): 32-40
(1979).
Marx, C. M., Moody R. C., “Effects of lumber width and tension laminated quality on the bending strenght of four ply
laminated beams”, Forest Product Journal, 32 (1): 45-52 (1982).
Youngquist J. A., Laufenberg T. L., Bryant B. S., “End jointing of laminated veneer lumber for structural use”, Forest
Product Journal, 34 (11-12): 25-32 (1984).
Baş H. A., “Lamine edilmiş kızılçam'ın (pinus brutia ten) fiziksel ve mekanik özellikleri ile kullanım olanaklarının
araştırılması”, Yüksek Mühendislik Tezi, H. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 3-6 (1995).
Şenay, A., “Lamine edilmiş ağaç malzemenin teknolojik özellikleri”, Doktora Tezi, İ.Ü. Fen Bilim-leri Enstitüsü, İstanbul,
40-75 (1996).
Kılıç, Y., “Lamine edilmiş kızılağaç’ın fiziksel ve mekanik özellikleri ile kullanım olanaklarının araştırılması”, Yüksek
Lisans Tezi, H. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 97-108 (1997).
Pidaparti, R. M. V., Johnson K., “Composite lamination to wood”, Polymers & Polymer Composites, 4 (2): 125-128 (1996).
ilerlemekte ve güçlendirme çatlak-taki gerilmeleri düşürerek bir çeşit çatlama durdurucusu görevi
üstlenmekte-dir12.
Sarıçam, Doğu Kayını ve Meşe’den elde edilmiş 3, 5 ve 7 katmanlı lami-ne malzemelerin
PVAc, Desmodur-VTKA ve Klebit 303 tutkalları ile yapıştırılarak eğilme direnci tespitinde, en
yüksek eğilme direnci PVAc tutkalı ile yapıştırılmış 5 katmanlı Kayın’da elde edilmiştir13.
Kavak (Populus nigra) ve Kayın (Fagus orientalis Lipsky) ağacından 4 ve 5mm katman
kalınlıklı olarak PVAc (polivinilasetat) ve PU (poliüretan) tutkalları ile lamine edilen malzeme
masif ahşaba kıyasla performans açısından yapıda kullanıma daha elverişli olup katman
kalınlığına bağlı olarak performans özellikleri değişmektedir14.
Bu çalışmada ise ülkemizde yaygın dağılımı olan, ucuz ve hızlı büyüyen bir tür olan Kara
Kavak (Populus Nigra) ile, Kara Kavağa göre fiziksel mekanik özellikleri daha iyi ve daha pahalı
bir tür olan Doğu Kayını (Fagus Oriantalis L.)’ndan lamellerin ağaç türü açısından farklı
kombinasyonlarla lamine edil-mesinde ağaç türünün katman yeri organizasyonun eğilme direnci
ve elastikiyet modülüne etkilerinin belirlenmesi hedeflenmiştir.
2. MATERYAL VE METOD
2.1. Materyal
2.1.1. Ağaç Malzeme
Denemelerde kullanılan Doğu Kayını (Fagus orientalis Lipsky) Bolu-Mengen’den, Kara
Kavak (Populus nigra) ağaçları ise Ankara-Beytepe’ den ISO 447115’e göre kesilerek temin
edilmiştir.
2.1.2. Tutkal
Çalışmada, lamine katmanların yapıştırılmasında, üretici firma verilerine göre yapı amaçlı
malzemeler için BS EN 204’e göre tek bileşenli olarak D3 yapışma kalitesinde, %5 sertleştirici
(turbo hardener) eklendiğinde D4 EN 204 yapışma kalitesinde olan polivinil asetat (PVAckleiberit 303) tutkalı kullanıl-mıştır. Depolamada ve kullanımda üretici firmanın tavsiyelerine
uyulmuştur16.
2.1.3. Deney Numunelerinin Hazırlanması
Ormandan standarda dayalı olarak kesilen yuvarlak odunlar, 3mm x 20mm x 360mm (Kal.
xGen. x Uz.) net numune ölçüsü verecek şekilde, yıllık halkaların da yüzeye maksimum diklikte
gelmesini de göz önüne alarak kaba ölçülü kerestelere dönüştürülmüş, %10 rutubet değerine
kadar kurutmaya tabi tutulmuş ve kurutulan keresteler doğal ortamda istife alınmıştır. Daha sonra
bu kerestelerden 5 x 50 x 450 mm ölçülerinde kaba numuneler kesilmiş elde edilen parçalar
numune oluşturmadaki net kalınlık olan 3 mm’ye gelinceye kadar her iki yüzeyden 50 numaralı
zımpara ile kalibre zımparada zımparalanmıştır. Numune boyutlarının belirlenmesi ve
hazırlanmasında TS EN 310 standardın-daki esaslar dikkate alınmıştır. Hazırlanan parçaların tek
yüzeylerine üretici firmanın önerisine uygun olarak 160 g/m² hesabıyla Kleiberit 303 tutkalı
sürül-müştür. Tutkallanan parçalar; (A) kayın ve (B) kavak olmak üzere –AAAAAAA-, BBBBBBB-, -ABBBBBA-, -ABABABA-, -AABBBAA-, -AABABAA-, -ABBABBA-, 12
13
14
15
16
Hallstrom, S., Grenestedt, J. L., “Failure analysis of laminated timber beams reinforced with glass fiber composites”, Wood
Science And Technology, 31: 17-34 (1997).
Döngel, N., “Lamine ahşap malzemede ağaç türü, katman sayısı ve tutkal çeşidinin eğilme direncine etkileri”, Yüksek
Lisans Tezi, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 25-26 (1999).
Çelebi, G., Kılıç, M., “Kayın ve kavaktan üretilen kompozit lamine yapı malzemesinin performans özelliklerinin
saptanması”, TÜBİTAK İÇTAG-671, 2004.
ISO 4471, “Wood- sampling sample tree and logs for determination of physical and mechanical properties of wood in
homogneous stands”, ISO (1982).
Kleiberit “Kleiberit 303 katoloğu”, (2004) ─ TS 2472, “Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için birim hacim ağırlığı
tayini”, TSE, (1976).
BABABAB-, şeklinde 8 farklı kompozisyonda 7 katlı olarak üst üste getirilerek (Şekil 1) 50 +1°C presleme sıcaklığına sahip preste 1 N/mm² basınçla 5 dakika süreyle preslenmiştir. Presten
çıkan parçalar 20 x 20 x 30 mm net ölçülerde özgül ağırlık deney numunelerine 20 x 20 x 360
mm net ölçülerinde eğilme ve elastikiyet modülü numunelerine dönüştürülmüştür. Bu şekilde her
bir kompozisyondan 16’şar adet olmak üzere toplam 128 adet numune verecek şekilde
preslemeye devam edilmiştir. Kontrol numunesi olarak da aynı ölçülerde 32 adet kayın ve kavak
masif deney numuneleri hazırlan-mıştır.
A
A
A
A
A
A
A
7A
ABBBBBA
7B
A
A
B
B
B
A
A
AABBBAA
A
B
B
B
B
B
A
B
B
B
B
B
B
B
A
A
B
A
B
A
A
ABABABA
A
B
B
A
B
B
A
ABBABBA
AABABAA
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
BABABAB
Şekil 1. Deney parçalarında farklı kombinasyonlara örnekler
(A:Kayın masif, B: Kavak masif).
Bu şekilde hazırlanan deney numuneleri, deney öncesi hacimsel olarak rutubetin
homojenleştirilmesi amacıyla, % 65±5 bağıl nem ve 20±2°C sıcaklık değerlerine sahip klima
odasında ağırlık değişmez oluncaya kadar (%12 rutu-bete gelinceye kadar) bekletilmiştir. Daha
sonra, rutubet kaybının engellenmesi için numuneler yalıtılmış ve test için beklemeye alınmıştır.
2.2. Metot
2.2.1. Hava Kurusu Özgül Ağırlık
Hava kurusu özgül ağırlığın tayininde TS 247217’deki esaslara uyulmuş-tur. 20x20x30 mm
boyutlarındaki numuneler 20±2 °C sıcaklık ve % 65±5 bağıl nem değerlerine sahip klima odasına
alınmış, 6’şar saatlik aralıklarla 0,01g hassasiyetli elektronik terazi ile ağırlık ölçümleri yapılmış,
yapılan son iki tartım arasında fark olmayıncaya kadar bekletilmişlerdir. Hacim hesabı için
numune boyutları 1/100 mm hassasiyetli dijital kumpasla ölçülmüş değerler kaydedilmiştir. Hava
kurusu özgül ağırlık aşağıdaki formülle hesaplanmıştır:
D12 =
M12
V12
[1]
Burada; (D12 ): Hava Kurusu özgül ağırlık (g/cm³), (M12) : Deney numu-nesinin hava kurusu
ağırlığı (g), (V12 ): Deney numunesinin hava kurusu hacmi (cm³) dir.
2.2.2. Eğilme Direnci
17
TS 2472, “Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için birim hacim ağırlığı tayini”, TSE, (1976).
Deneyler bilgisayar kontrollü 1000 kg kapasiteli TIRA test cihazında ya-pılmıştır.
Numuneler Şekil 2'de görüldüğü gibi test cihazına yerleştirilmiş, sabit bir hızla numuneyi 90±0,5
saniyede kıracak şekilde yükleme yapılmış ve kırıl-ma anındaki yük (Pmax) tespit edilerek
kaydedilmiştir. Elde edilen değerler formül 1’de yerine konarak eğilme dirençleri tespit
edilmiştir.
Fmax
Şekil 2. Eğilme direnci ve elastikiyet modülü deney düzeneği
σE =
3.Pmax .l
2.b.h²
[2]
Burada;σE=Eğilme direnci (N/mm²), Pmax=Kırılma yükü (N), l= Dayanak noktaları
arasındaki açıklık (mm), b = Numunenin eni (mm), h = Numunenin yüksekliği (mm)’dir.
2.2.2. Elastikiyet Modülü
Elastikiyet modülünün belirlenmesinde deneyler TS EN 310 esaslarına göre yapılmıştır.
Elâstik şekil değiştirme (deformasyon) bölgesinde uygulanan kuvvet farkı ( ΔF ) için örnekteki
eğilme miktarları farkı ( Δf ) yardımı ile elastikiyet modülünün belirlenmesinde aşağıdaki
eşitlikten yararlanılmıştır:
E=
ΔF.l³
4.b.h². Δf
[3]
Burada; (E): Eğilmede elastikiyet modülü (N/mm²) (l) : Mesnetler arası uzaklık (mm), (b)
ve (h): Deney parçasının en kesit boyutları (mm)’dir.
Araştırmada kullanılan iki farklı ağaç türünden masif malzemenin ve 8 farklı katman
kombinasyonun özgül ağırlık, eğilme direnci ve elastikiyet modü-lü üzerindeki etkisini
belirlemek için F testi kullanılmıştır. Gruplar arasındaki farkın önemli çıkması halinde (α=0,05)
güven düzeyinde Duncan testi ile karşılaştırılma yapılmıştır. Varyans analizi (ANOVA), aritmetik
ortalama, stan-dart sapma, standart hata, minimum ve maksimum değerlerinin hesaplanma-sında
SPPS 11.5 paket programı kullanılmıştır.
3. BULGULAR
3.1. Hava Kurusu Özgül Ağırlık
Numunelerin amaca yönelik kombinasyonlarının hava kurusu özgül ağır-lık değerleri
Çizelge 1’de verilmiştir. Çizelge 1’den de görülebileceği gibi, en yüksek hava kurusu özgül
ağırlık 0,731 g/cm³ ile lamine kayın malzemede ortaya çıkarken bunu 0,703 g/cm³ ile kayın
masifin hava kurusu özgül ağırlığı takip etmektedir. En küçük hava kurusu özgül ağırlık 0,400
g/cm³ ile kavak masifte ortaya çıkarken en küçük ikinci özgül ağırlık 0,438 g/cm³ ile laminasyondaki tutkal ilavesi kaynaklı olarak lamine kavak malzemede ortaya çıkmak-tadır. Hava kurusu
özgül ağırlık değerleri arasında fark olup olmadığının ve fark varsa bu farkın önemli olup
olmadığının analizi için F testi uygulanmıştır. Buna göre malzeme kombinasyonları arasında
α=0,05 anlamlılık düzeyinde, % 95 güvenirlikte fark olduğu ve bu farkın önemli (P<0,05) olduğu
tespit edilmiştir (Çizelge 2).
Çizelge 1. Malzeme ve laminasyon kombinasyonuna göre hava kurusu özgül ağırlık değerleri.
Malzeme ve
Laminasyon
Türü
N
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
160
Kayın Masif
Kavak Masif
ABBBBBA
ABABABA
AABBBAA
AABABAA
ABBABBA
BABABAB
AAAAAAA
BBBBBBB
Toplam
Ortalama
Hava
Kurusu
Özgül
Ağırlık
(g/cm³)
0.703
0.400
0.548
0.623
0.611
0.660
0.587
0.581
0.731
0.438
0.588
Minimum
Değer
(g/cm³)
Maksimum
Değer
(g/cm³)
Standart
Sapma
Standart
Hata
0.654
0.347
0.498
0.597
0.594
0.625
0.559
0.545
0.707
0.421
0.347
0.743
0.456
0.595
0.657
0.640
0.697
0.615
0.602
0.759
0.462
0.759
0,028
0,028
0,027
0,015
0,012
0,021
0,014
0,015
0,012
0,013
0,102
0,07
0,07
0,06
0,03
0,03
0,05
0,03
0,03
0,03
0,03
0,08
Çizelge 2. Alternatif malzemelerin özgül ağırlıkları arasındaki farklılık analizi için F testi (ANOVA) değerleri
Varyans Kaynağı
Gruplar Arası
Grup İçi
Toplam
Kareler
Toplamı
1.604
0,060
1,664
Kareler
Ortalaması
0,178
0,004
sd
9
150
159
F
Sig. (P)
442.54
0.000
P<0,05
Farkın hangi gruplar arasında olduğunu belirlemek için Duncan testi uygulanmış ve test
sonuçları (Çizelge 3)’te verilmiştir. Buna göre, (BABABAB) ve (ABBABBA) kat kombinasyonları
(AABBBAA) ve (ABABABA) kat kombi-nasyonları ile üretilmiş lamine malzemeler aynı
homojenlik gruplarına düştük-lerinden aralarındaki özgül ağırlık farkları önemli olmayıp diğer
tüm kombi-nasyonlara ait özgül ağırlık değerleri arasındaki fark önemlidir (Çizelge 3).
Çizelge 3. Duncan testi sonuçları
Malzeme
KAVAK
7B
ABBBBBA
BABABAB
ABBABBA
AABBBAA
ABABABA
AABABAA
KAYIN
7A
α=0,05
N
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
1
0.400
2
3
4
5
6
7
8
0.438
0.548
0.581
0.587
0.611
0.623
0.660
0.703
0.731
4.1. Eğilme Direnci
Yöntem kısmında belirtilen ilkeler dahilinde yapılan eğilme direnci tes-tinde elde edilen
istatistiksel değerler masif ahşap ve laminasyon kompozisyo-nuna göre Çizelge 4’de verilmiştir.
Çizelge 4. Ağaç türü ve laminasyon türüne göre eğilme dayanımı değerleri
Malzeme
KAYIN
KAVAK
ABBBBBA
ABABABA
AABBBAA
AABABAA
ABBABBA
BABABAB
7A
7B
Toplam
Ortalama
Hava Kurusu
N
Özgül Ağırlık
(g/cm³)
16
0.703
16
0.400
16
0.548
16
0.623
16
0.611
16
0.660
16
0.587
16
0.581
16
0.731
16
0.438
160
0.588
Ortalama
Eğilme
Dayanımı
(N/mm² )
130.43
65.45
84.08
99.63
103.11
113.59
93.66
93.40
152.36
81.40
101.71
Minimum Maksimum
Standart Standart
Değer
Değer
Sapma
Hata
(N/mm²)
(N/mm²)
110.21
55.18
72.69
88.44
93.47
99.23
78.07
84.13
125.51
70.83
55.18
150.43
73.98
93.17
108.67
113.65
122.95
106.80
105.91
172.99
93.68
172.99
8.03
4.26
8.03
5.72
5.74
6.38
7.77
5.98
14.05
7.51
25.06
2.00
1.06
1.34
1.43
1.43
1.59
1.94
1.49
3.51
1.87
1.98
Bu çizelgeden takip edilebileceği gibi en yüksek eğilme dayanımı 152, 36 N/mm² ile
lamine kayın malzemede ortaya çıkarken bunu kayın masif takip etmektedir. En düşük değer ise
65,45 N/mm² ile kavak masif malzemede ortaya çıkarken 81,40 N/mm² ile lamine kavak
malzemenin eğilme direnci ikinci en düşük değer durumundadır. Malzeme türüne göre eğilme
direnci değerleri arasında fark olup olmadığının ve fark varsa bu farkın önemli olup olmadığının
analizi için F testi uygulanmıştır. Buna göre malzeme kombinasyonlarının eğil-me dirençleri
arasında α=0,05 anlamlılık düzeyinde, % 95 güvenirlikte fark olduğu ve bu farkın önemli
(P<0,05) olduğu tespit edilmiştir (Çizelge 5).
Çizelge 5. Alternatif malzemelerin eğilme dayanımları arasında farklılık analizi için F testi (ANOVA) değerleri
Kareler
Toplamı
91357.98
8528.44
99886.43
Varyans Kaynağı
Gruplar Arası
Grup İçi
Toplam
Kareler
Ortalaması
10150.88
56.85
sd
9
150
159
F
Sig. (P)
178.53
0.000
P<0,05
Farkın hangi gruplar arasında olduğunu belirlemek için Duncan testi uygulanmış ve test
sonuçları (Çizelge 6)’de verilmiştir. Buna göre, tüm katları kavak olan (7B) kavak lamine
malzemenin eğilme direnci ile altı üstü kayın ara katları kavak olan (ABBBBBA) kompozit
lamine malzemenin eğilme direnci arasındaki fark önemli olmayıp, aynı eğilme direncini bu iki
kompozisyondan herhangi biri ile elde etmek mümkündür. Benzer şekilde; (BABABAB) ve
(ABBABBA) kat kombinasyonları ile(AABBBAA) ve (ABABABA) kat kombinasyonları ile
üretilmiş kompozit lamine malzemeler arasındaki eğilme direnci farklılıkları da önemli olmayıp
aynı eğilme direncini elde etmek için biri diğerinin yerine kullanılabilecektir (Çizelge 6). Bu üç
homojenlik grubu dışındaki tüm laminasyon kombinasyonları ile elde edilen eğilme dirençleri
arasındaki fark önemli olup en büyük eğilme direnci tamamı kayın laminasyonu ile elde edimiş
malzeme ile elde edilirken en küçük eğilme direnci kavak masif malzeme ile ortaya çıkmaktadır
(Çizelge 6).
Çizelge 6. Alternatif malzemelerin eğilme dayanımları ile ilgili DUNCAN testi
Malzeme
KAVAK
N
16
1
65.45
2
3
α=0,05
4
5
6
7
7B
ABBBBBA
BABABAB
ABBABBA
ABABABA
AABBBAA
AABABAA
KAYIN
7A
16
16
16
16
16
16
16
16
16
81.40
84.08
93.40
93.66
99.63
103.11
113.59
130.43
152.36
4.2. Elastikiyet Modülü
Yöntem kısmında belirtilen ilkeler dahilinde yapılan elastikiyet modülü testinde elde edilen
istatistiksel değerler masif ahşap ve laminasyon kompozis-yonuna göre Çizelge 7’de verilmiştir.
Bu çizelgeden takip edilebileceği gibi en yüksek elastikiyet modülü 15685.67 N/mm² ile
lamine kayın malzemede ortaya çıkarken bunu 12324.01 N/mm² kayın masif takip etmektedir. En
düşük elastikiyet modülü değeri ise 7034.00 N/mm² ile kavak masif malzemede ortaya çıkarken
8142.20 N/mm² ile lamine kavak malzemenin elastikiyet modülü ikinci en düşük değer
durumunda-dır. Malzeme türüne göre elastikiyet modülü değerleri arasında fark olup olmadığının ve fark varsa bu farkın önemli olup olmadığının analizi için F testi uygulanmıştır. Buna
göre malzeme kombinasyonlarının elastikiyet modülleri arasında α=0,05 anlamlılık düzeyinde, %
95 güvenirlikte fark olduğu ve bu farkın önemli (P<0,05) olduğu tespit edilmiştir (Çizelge 8).
Farkın hangi gruplar arasında olduğunu belirlemek için Duncan testi uygulanmış ve test
sonuçları (Çizelge 9)’da verilmiştir.
Çizelge 7. Ağaç türü ve laminasyon türüne göre elastikiyet modülü değerleri
Malzeme
KAYIN
KAVAK
ABBBBBA
ABABABA
AABBBAA
AABABAA
ABBABBA
BABABAB
7A
7B
Toplam
N
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
160
Ortalama
Değer
(N/mm²)
11063.36
5750.19
8602.44
9564.20
10277.01
10443.50
9134.32
6874.15
12679.69
6894.87
9128.37
Minimum
Değer
(N/mm²)
10504.23
5033.71
7059.00
8207.61
9406.75
8631.65
8070.43
5478.03
11242.87
5564.18
5033.71
Maksimum
değer
(N/mm²)
12324.01
7034.00
9649.10
10459.38
11000.51
11078.08
10542.94
8075.86
15685.67
8142.20
15685.67
Standart
Sapma
Standart
Hata
450.44
492.96
738.71
533.96
473.84
565.09
625.07
804.64
1231.30
606.05
2146.80
112.61
123.24
184.67
133.49
118.46
141.27
156.26
201.16
307.82
151.51
169.71
Çizelge 8. Alternatif malzemelerin elastikiyet modülleri arasında farklılık analizi için F testi (ANOVA)
değerleri
Varyans Kaynağı
Kareler Toplamı
sd
Gruplar Arası
Grup İçi
Toplam
661659852.342
71132701.052
732792553.394
9
150
159
Kareler
Ortalaması
73517761.371
474218.007
F
Sig. (P)
155.02
0.000
P<0,05
Çizelge 9. Alternatif malzemelerin elastikiyet modülleri ile ilgili DUNCAN testi
Malzeme
KAVAK
BABABAB
7B
ABBBBBA
ABBABBA
ABABABA
AABBBAA
AABABAA
KAYIN
7A
N
16
16
16
16
16
16
16
16
16
16
1
5750.1
2
3
α=0,05
4
5
6
7
6874.1
6894.8
8602.4
9134.3
9564.2
10277.0
10443.5
11063.3
12679.6
Buna göre, tüm katları kavak olan (7B) kavak lamine malzemenin elas-tikiyet modülü ile
altı üstü kavak ara katları kayın-kavak şeklinde düzenlenmiş (BABABAB) kompozit lamine
malzemenin elastikiyet modülleri arasındaki fark önemli olmayıp, aynı elastikiyet modülünü bu
iki kompozisyondan herhangi biri ile elde etmek mümkündür. Benzer şekilde; (ABBABBA) ve
(ABABABA) kat kombinasyonları ile(AABBBAA) ve (AABABAA) kat kom-binasyonları ile
üretilmiş kompozit lamine malzemeler arasındaki elastikiyet modülü farklılıkları da önemli
olmayıp aynı elastikiyet modülünü elde etmek için biri diğerinin yerine kullanılabilecektir
(Çizelge 9). Bu üç homojenlik gru-bu dışındaki tüm laminasyon kombinasyonları ile elde edilen
elastikiyet modül-leri arasındaki fark önemlidir.
4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Bu çalışmada, (A) kayın ve (B) kavak olmak üzere –AAAAAAA-,
-BBBBBBB-, ABBBBBA-, -ABABABA-, -AABBBAA-, -AABABAA-,
-ABBABBA-, -BABABAB-,
şeklinde 8 farklı kompozisyonda 7 katlı olarak üst üste getirilerek polivinilasetat (PVAc) tutkalı
ile yapıştırılması ile elde edilen lamine ahşap malzemelerin ve kontrol numuneleri olarak aynı
ağaç türlerinin masif malzemelerinin eğilme dayanımları ve elastikiyet modülleri araştırıl-mıştır.
Özgül ağırlık- eğilme dayanımı ve özgül ağırlık- elastikiyet modülü iliş-kilerinin
belirlenebilmesi için öncelikle malzemelerin hava kurusu özgül ağırlıkları belirlenmiştir. En
yüksek hava kurusu özgül ağırlık değeri lamine kayında (7A) 0.731 g/cm³, en düşük ise masif
kavakta 0.400 g/cm³ elde edil-miştir. Diğer malzemelerin hava kurusu özgül ağırlık değerleri
incelendiğinde, lamine malzemelerdeki özgül ağırlığı daha yüksek olan kayının katılım oranı
arttıkça elde edilen lamine malzemenin de özgül ağırlığı doğal olarak artmak-tadır. Aynı değerde
kayın ve kavak katılım oranına sahip BABABAB – ABBABBA ve AABBBAA – ABABABA
gruplarının özgül ağırlık değerleri arasında istatistiksel olarak fark yoktur. Yine, beklendiği gibi,
yapıya tutkal girmesi sebebiyle, lamine kayın (7A) ve lamine kavağın (7B) hava kurusu özgül
ağırlık değerleri, masif kayın ve masif kavağa göre daha yüksektir.
En yüksek eğilme dayanımı 152,36 N/mm² ile lamine kayın malzemede ortaya çıkarken
bunu kayın masif takip etmektedir. En düşük değer ise 65,45 N/mm² ile kavak masif malzemede
ortaya çıkarken 81,40 N/mm² ile lamine kavak malzemenin eğilme direnci ikinci en düşük değer
durumundadır. Ayrıca, malzeme türüne göre eğilme direnci değerleri arasında 0,05 anlamlılık
düze-yinde, % 95 güvenirlikte fark olup olmadığına yönelik istatistiksel analizde tüm katları
kavak olan (7B) kavak lamine malzemenin eğilme direnci ile altı üstü kayın ara katları kavak olan
(ABBBBBA) kompozit lamine malzemenin eğilme direnci arasındaki farkın önemli olmadığı,
aynı eğilme direncinin bu iki kompozisyondan herhangi biri ile elde etmenin mümkün olduğu
saptanmıştır. Benzer şekilde; (BABABAB) ve (ABBABBA) kat kombinasyonları ile
(AABBBAA) ve (ABABABA) kat kombinasyonları ile üretilmiş kompozit lamine malzemeler
arasındaki eğilme direnci farklılıkları da önemli olmayıp aynı eğilme direncini elde etmek için
biri diğerinin yerine kullanılabilecektir. Bu homojenlik grupları dışındaki tüm laminasyon
kombinasyonları ile elde edilen eğilme dirençleri arasındaki fark önemlidir. Lamine kayın (7A)’ın
eğilme dayanımı masif kayına kıyasla %17 ve lamine kavağın (7B) eğilme dayanımı masif
kavağa kıyasla %23 daha yüksek bulunmuştur. Bir başka deyişle lamine edilmiş malzemelerin
eğilme dayanımı aynı türün masifine kıyasla daha yüksektir. Bu artışın tutkaldan ve katmanlı
yapıdan kaynaklandığı düşünülmek-tedir.
Kayının özgül ağırlığının ve eğilme dayanımının kavağa göre daha yük-sek olması
nedeniyle laminasyonda kayın katılım oranının (kat sayısının) arttı-rılması özgül ağırlık artışını
ve genel olarak eğilme dayanımı artışını berabe-rinde getirmektedir. Özgül ağırlığa bağlı en
yüksek eğilme dayanımı değeri 152.36 N/mm2 ile özgül ağırlığın en yüksek (0.731g/cm3) olduğu
tüm katları kayın olan alternatifde elde edilirken en küçük eğilme dayanımı da 65.45 N/mm2 ile
özgül ağırlığın en düşük (0.400g/cm3) olduğu kavak masifte elde edilmektedir.
En yüksek elastikiyet modülü 15685.67 N/mm² ile lamine kayın mal-zemede ortaya
çıkarken bunu 12324.01 N/mm² kayın masif takip etmektedir. En düşük elastikiyet modülü değeri
ise 7034.00 N/mm² ile kavak masif malzemede ortaya çıkarken, 8142.20 N/mm² ile lamine kavak
malzemenin elastikiyet modülü ikinci en düşük değer durumundadır. Malzeme türüne göre
elastikiyet modülü değerleri ile ilgili istatistiksel olarak yapılan farklılık analizinde α=0,05
anlamlılık düzeyinde, % 95 güvenirlikte tüm katları kavak olan (7B) kavak lamine malzemenin
elastikiyet modülü ile altı üstü kavak ara katları kayın-kavak şeklinde düzenlenmiş (BABABAB)
kompozit lamine malzemenin elas-tikiyet modülleri arasındaki fark önemli olmayıp, aynı
elastikiyet modülünü bu iki kompozisyondan herhangi biri ile elde etmek mümkündür. Benzer
şekilde; (ABBABBA) ve (ABABABA) kat kombinasyonları ile (AABBBAA) ve (AABABAA)
kat kombinasyonları ile üretilmiş kompozit lamine malzemeler arasındaki elastikiyet modülü
farklılıkları da önemli olmayıp aynı elastikiyet modülünü elde etmek için biri diğerinin yerine
kullanılabilecektir. Bu homo-jenlik grupları dışındaki tüm laminasyon kombinasyonları ile elde
edilen elas-tikiyet modülleri arasındaki fark önemli bulunmuştur. Bu nedenle ön görülen
elastikiyet modülü değeri için uygun elastikiyet modülü değeri veren laminas-yon
kompozisyonunun seçilmesi gerekir.
Kayının özgül ağırlığının ve elastikiyet modülünün kavağınkinlere göre daha yüksek
olması nedeniyle laminasyonda kayın katılım oranının (kat sayı-sının) arttırılması özgül ağırlık
artışını ve genel olarak elastikiyet modülü artışı-nı beraberinde getirmektedir. Özgül ağırlığa bağlı
en yüksek elastikiyet modülü değeri 12 679.19 N/mm2 ile özgül ağırlığın en yüksek
(0.731g/cm3) olduğu tüm katları kayın olan alternatifde elde edilirken en küçük elastikiyet
modülü değeri de 5 750.19 N/mm2 ile özgül ağırlığın en düşük (0.400g/cm3) olduğu kavak
masifte elde edilmektedir. Lamine kayın (7A)’ın elastikiyet modülü masif kayı-na kıyasla %14 ve
lamine kavağın (7B) elastikiyet modülü masif kavağa kıyasla %19 daha yüksek bulunmuştur. Bir
başka deyişle lamine edilmiş malzemelerin elastikiyet modülleri aynı türün masifine kıyasla daha
yüksektir. Bu artış, tut-kallı ve katmanlı yapı kaynaklı olabilir.
Sonuç olarak hava kurusu özgül ağırlık, eğilme direnci ve elastikiyet modülü değerleri,
BABABAB şeklindeki laminasyon düzenlemesi hariç, kayın katmanı oranına bağlı olarak
artmıştır. Üretilen kompozit lamine malzemelerin eğilme dayanımı ve elastikiyet modülü
değerleri incelendiğinde en uygun kat-man organizasyonun AABABAA olduğu tespit edilmiştir.
KAYNAKLAR
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
TS EN 310, “Ahşap esaslı levhalarda eğilme dayanımı ve eğilme elâstiklik modülünün tayini”, TSE, (1997).
Stevens, W. C., Turner, N., “Wood bending handbook”, Woodcraft supply corp., London, 30-40 (1970).
Strıckler, M. D., - Pellerın, R.F., “Tension Proof Loading Of Finger Joint For Laminated Beams” Forest
Product Journal Vol. 21. No: 6, 1971.
Tichy, R.J., Bodig G.J., “Flexural properties of glued laminated lodgepole pine dimension lumber”, Forest
Product Journal, 29 (9): 52-64 (1978).
Wolf, R., Moddy R. C., “Bending strenght of vertically glued laminated beams”, Forest Product Journal, 30
(6): 32-40 (1979).
Marx, C. M., Moody R. C., “Effects of lumber width and tension laminated quality on the bending strenght of
four ply laminated beams”, Forest Product Journal, 32 (1): 45-52 (1982).
Youngquist J. A., Laufenberg T. L., Bryant B. S., “End jointing of laminated veneer lumber for structural use”,
Forest Product Journal, 34 (11-12): 25-32 (1984).
Baş H. A., “Lamine edilmiş kızılçam'ın (pinus brutia ten) fiziksel ve mekanik özellikleri ile kullanım
olanaklarının araştırılması”, Yüksek Mühendislik Tezi, H. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 3-6 (1995).
Şenay, A., “Lamine edilmiş ağaç malzemenin teknolojik özellikleri”, Doktora Tezi, İ.Ü. Fen Bilimleri
Enstitüsü, İstanbul, 40-75 (1996).
Kılıç, Y., “Lamine edilmiş kızılağaç’ın fiziksel ve mekanik özellikleri ile kullanım olanaklarının araştırılması”,
Yüksek Lisans Tezi, H. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 97-108 (1997).
Pidaparti, R. M. V., Johnson K., “Composite lamination to wood”, Polymers & Polymer Composites, 4 (2):
125-128 (1996).
Hallstrom, S., Grenestedt, J. L., “Failure analysis of laminated timber beams reinforced with glass fiber
composites”, Wood Science And Technology, 31: 17-34 (1997).
Döngel, N., “Lamine ahşap malzemede ağaç türü, katman sayısı ve tutkal çeşidinin eğilme direncine etkileri”,
Yüksek Lisans Tezi, G. Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 25-26 (1999).
Çelebi, G., Kılıç, M., “Kayın ve kavaktan üretilen kompozit lamine yapı malzemesinin performans
özelliklerinin saptanması”, TÜBİTAK İÇTAG-671, 2004.
ISO 4471, “Wood- sampling sample tree and logs for determination of physical and mechanical properties of
wood in homogneous stands”, ISO (1982).
Kleiberit “Kleiberit 303 katoloğu”, (2004) ─ TS 2472, “Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için birim
hacim ağırlığı tayini”, TSE, (1976).
TS 2472, “Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için birim hacim ağırlığı tayini”, TSE, (1976).