Riassunto esame Tecnologie e Sistemi di Lavorazione del Legno, prof. Fioravanti

Tecnologie e sistemi di lavorazione - Lezione del 29/02/2016

Legno

Legno: materia biologica, estratta direttamente dagli alberi (molto differente da tutti gli altri materiali).

Quando una foresta si riproduce, oltre a fornire materia prima contribuisce a regolare il clima (CO²). Possiamo considerare il legno come un materiale rinnovabile, anche usato come fonte energetica.

Foresta

Accrescimento annuo. Prelievo annuo. Prelievo e l’accrescimento.

Per far sì che una foresta sia sostenibile è necessario un equilibrio tra il prelievo e l’accrescimento del legname.

Legno certificato: derivato da alberi cresciuti in modo sostenibile. Utilizzando questi prodotti si ha il diritto di informare l’utente delle qualità del legno utilizzato. Le sigle principali che indicano questo tipo di legno sono PEFC e FSC.

Sostenibilità: utilizzando il legno possiamo sostituire materiali più impattanti. La parte di legno scartata nella lavorazione può essere utilizzata a sua volta per realizzare altri oggetti.

Difetti: i difetti della superficie del legno possono essere usati per realizzare il prodotto che stiamo realizzando.

Specie legnosa: identificata da colore, densità, resistenza meccanica, stabilità dimensionale e durabilità naturale.

Legno modificato: si dice quando in una specie legnosa vengono risolti alcuni problemi tramite l’intervento dell’uomo.

Albero

Albero: nome generico delle piante perenni con fusto eretto legnoso (detto tronco o stipite) che a qualche distanza dal suolo presenta ramificazioni di vario ordine, recanti a loro volta foglie persistenti o caduche, semplici o composte; i rami e le foglie costituiscono la chioma, che assume forme diverse, generiche o tipiche (globosa, conica, ad ombrello, piangente, ecc.).

La pianta dà una reazione immediata a uno stimolo esterno e si adatta di conseguenza.

All’interno di un bosco c’è una competizione fra le piante per la sopravvivenza (piante dominanti e piante sottoposte). Normalmente il legno prende il nome dall’albero da cui è ricavato: a ognuno è assegnato un nome scientifico latino. Le norme UNI raccolgono tutti i nomi comuni e ne scelgono uno pilota di riferimento (per facilitarne la nomenclatura).

Sezione dell’albero

• Corteccia
• Alburno (parte chiara viva)
• Anelli di accrescimento
• Durame (parte scura morta)

Per comprendere il comportamento di una specie legnosa basta capire il comportamento di una singola cellula che lo compone.

Il legno è considerato un materiale a struttura gerarchica: devo andare ad indagare nella struttura della parete cellulare i polimeri che la costituiscono e dal modo in cui si legano si ottengono diversi tipi di materiale.

• Polisaccaridi (60-70%)
• Lignina (20-30%)
• Estrattivi (2-10%)

Fotosintesi: il prodotto di questo processo è il glucosio, prodotto nella foglia da acqua, CO² e luce.

Il legame tra molecole di glucosio è un legame a catena (tipo una collanina). È un legame con tanti gradi di libertà, quindi una volta formato si creano altri legami (di tipo elettrostatico) che irrigidiscono questo legame e fanno sì che una catena si unisca a un’altra e così via.

Anisotropia: proprietà direzionale di un materiale.

La struttura della cellulosa è molto stabile e forte: per modificare la struttura va necessariamente aperta. Il 50% del peso del legno deriva dalla struttura della cellulosa, il 25% dalle emicellulose, con catene più corte e formate da una catena principale con tante catene laterali attaccate.

L’insieme di catene di cellulosa ed emicellulose forma la microfibrilla, che è il mattone della parete cellulare del legno. L’acqua entra nella parte di emicellulosa.

Il legno può ospitare un numero finito di molecole d’acqua.

L’angolazione della disposizione delle microfibrille incide sul tipo di resistenza del legno.

Nel caso di durame differenziato, l’albero accumula nella parte morta del tronco delle sostanze tossiche che tengono lontani gli organismi dannosi per le piante. Queste sostanze sono gli estrattivi e forniscono il colore al legno. I legni che contengono molti estrattivi tendono a rigonfiarsi di meno con l’umidità, in quanto diminuiscono i legami disponibili per le molecole d’acqua. La grande presenza di estrattivi inoltre permette al legno di resistere a lungo nel tempo agli organismi che lo attaccano: laddove non siano presenti il legno va trattato.

Problemi degli estrattivi: il legno si incolla male; durante la lavorazione si formano delle microparticelle dannose per la salute dell’uomo.

Lignina: una volta che la parete si forma, si incrosta tutto con la lignina che funziona come una malta legante che lo rafforza. La lignina è idrofoba e fornisce tanta resistenza alla compressione. Ha un comportamento termoplastico, che serve per deformare la struttura del legno.

Struttura della parete cellulare

• S1 (pochi pacchetti di fibrille ordinate)
• S2 (molti pacchetti di fibrille ordinate)
• S3 (pochi pacchetti di fibrille inclinate)

Tecnologie e sistemi di lavorazione - Lezione del 07/03/2016

L’albero può costruire delle varianti alla struttura cellulare tipica.

Legno giovanile: legno di un albero ancora giovane.

Quando l’albero viene sottoposto a stress meccanico reagisce producendo un legno di reazione: legno diverso dal proprio per compensare la sollecitazione.

• Legno di conifera (omogeneo softwoods): legno prodotto da conifere (alberi sempreverdi) composto da un solo tipo di cellula.
• Legno di latifoglie (eterogeneo hardwoods): legno prodotto da latifoglie composto da diversi tipi di cellula.

Anello poroso. Porosità diffusa.

I vasi (cerchi grandi) sono disposti in maniera diversa a seconda del periodo in cui si formano (primavera o inverno).

Venatura: disegno sul legno che indica la disposizione primaverile o tardiva.

Fibratura: come si dispongono le cellule all’interno dell’anello di accrescimento.

Legno e acqua

Il legame tra legno e acqua è indissolubile.

• Acqua libera all’interno dei lumi cellulari
• Acqua legata alla struttura

Quando l’acqua ha saturato la parte della parete, inizia a riempire i lumi cellulari.

U>60% U=40% U=32% U=22% U=12% U=0%

Dimensioni iniziali costanti. Riduzione dimensionale o ritiro.

Igroscopico: un materiale che tende a stabilire un equilibrio termoigrometrico con l’ambiente (temperatura e umidità).

Umidità relativa (ambiente): UR% = (Uassoluta / Usaturazione) * 100.

L’umidità assoluta indica il vapore acqueo presente nell’ambiente mentre l’umidità di saturazione è la quantità massima di vapore acqueo che l’ambiente può contenere (dato un valore di temperatura).

Uass 0 : 0%

Uass Usat : 100%

Il legno funziona come una spugna (assorbe o cede umidità). Quando il legno cede tutta l’acqua libera ma continua a tenere l’acqua legata, si parla di punto di saturazione della parete cellulare.

Percentuale di acqua (umidità del legno): [(peso umido - peso anidro) / peso anidro] * 100.

Umidità di equilibrio: quella che raggiunge il legno dopo un certo tempo in un ambiente.

T=20°; UR=65% il legno si equilibra al 12% (umidità normale).

• Legno fresco >30%
• Punto di saturazione cellulare 30%
• Stagionatura 15-18%
• Essiccazione artificiale >4-6%
• Legno secco 0%

Ritiro del legno

Volume ΔV U% legno 0 30%.

Al di sotto del punto di saturazione il legno comincia a perdere volume.

ΔV: variazione di volume complessiva.

βV = ΔV / 30.

Coefficiente di ritiro unitario: longitudinale, radiale, tangenziale.

Il comportamento del legno è omogeneo in queste 3 dimensioni.

Ritiro totale: somma dei ritiri sulle 3 dimensioni.

• Longitudinale = 0,1% - 0,6% (pressoché stabile)
• Radiale = 2% - 6%
• Tangenziale = 4% - 12%
• TAN / RAD = 2

In linea di massimo, più un legno è leggero e minore sarà il suo ritiro.

A seconda di come viene tagliato il legno, le tavole ottenute avranno comportamenti diversi.

Man mano che l’acqua cresce, le tensioni tra le cellule aumentano. Quando si supera un certo limite di forza a trazione trasversale, le cellule si staccano e si formano le cosiddette fessurazioni da ritiro (specialmente in sezioni grandi).

Esempio di fessurazione da ritiro.

Quando riduco la dimensione del pezzo ricavato, le forze che si sviluppano sono sufficienti a modificare la forma della tavola.

Con l’essiccazione si può deformare in maniera plastica la struttura del legno. Vengono posti dei pesi sulle tavole durante il processo, contrastando le forze del legno.

Strato impermeabile.

In presenza di una parte impermeabilizzata del legno, abbiamo il caso in cui una tavola radiale può imbarcarsi per differenza di umidità. Una volta passato il gradiente transitorio la tavola si riequilibra e torna piana.

Tecnologie e sistemi di lavorazione - Lezione del 14/03/2016

Tipi di deformazione: dipendono dalla direzione della deformazione e dai difetti del legno (falcatura, arcatura, svergolamento).

Incremento (%) campione di legno – spessore 1 mm.

1,6 tempo (ore) 40.

L’incremento del legno è molto rapido all’inizio, per poi rallentare drasticamente. Maggiore è lo spessore del legno, maggiore sarà il tempo necessario a esso per trovare il nuovo equilibrio.

UR% gradiente transitorio: gli strati più esterni sono più umidi di quelli esterni.

Quando si misura l’umidità di un pezzo di legno, il valore trovato è la media di quelle che sono state le condizioni dell’ambiente degli ultimi 40 giorni circa. Dobbiamo valutare bene lo spessore del legno in base alle caratteristiche dell’ambiente.

3 3 – Densità: massa / volume.