PROGRAMUL DE STUDII: INGINERIA SI DESIGNUL PRODUSELOR FINITE DIN LEMN Coordonator științific: Absolvent: Conf. Dr. Ing. LIDIA GURAU VLAD TODORU… [310127]

PROIECT DE DIPLOMĂ

PROGRAMUL DE STUDII: INGINERIA SI DESIGNUL PRODUSELOR FINITE DIN LEMN

Coordonator științific: Absolvent: [anonimizat]. LIDIA GURAU VLAD TODORU

Brașov, 2018

STUDIU PRIVIND POSIBILITĂȚI DE PLASTIFIERE A LEMNULUI ÎN VEDEREA CURBĂRII.

APLICAȚIE LA MOBILIER

CUPRINS

INTRODUCERE

Curbarea lemnului este cunoscută și a [anonimizat] o [anonimizat] a avut loc.

Timp de mulți ani cercetarea în acest domeniu a contiunat și în zile noastre producția mobilierului curbat și în special a [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], lemnul are plasticitate dar intr-o [anonimizat]. Plasticitatea lemului poate fi marită prin creșterea umidității și/sau a temperaturii. [anonimizat] a lemnului, proprietățile fizice și mecanice ale acestuia sunt de asemenea subiect al schimbării. Acestea cresc abilitatea lemnului de a își schimba forma și dimensiunile sub influența presiunii exercitate din exterior fără a se rupe. Conform opiniei generale a [anonimizat] – fag, nuc, ulm, stejar, etc. Păstrarea formelor obținute pe parcursul curbării se numește stabilizarea formei finale și este un proces opus plastificării. [anonimizat].

Problema principală în procesul de plastificare a lemnului este evaluarea plasticității la un anume moment. Disponibilitatea a [anonimizat] a lemnui, creează dificultăți pentru evaluarea integrată a acestei valori. [anonimizat] a lemnului sunt considerabil crescute odată cu folosirea unei benzi de metal cu capete. Dar în acest caz este și mai dificil de evaluat plasticitatea și respectiv de determinat opțiunile de curbare a lemnului fără ca acesta să cedeze. Datorită acestor inconveniențe s-a stabilti că metoda cu cel mai mare randament pentru a evalua plasticitatea constă în determinarea celei mai mici valori a rației dintre raza de curbura a reperelor îndoite și mărimea secțiunii transversale de-a lungul căreia este îndoit reperul. Valoarea acestui raport este un indicator universal pentru evaluarea posibilității de producție fără eșec a reperelor curbate din lemn. Apare ca și coeficient de îndoire în anumite surse. Cu cât acest coeficient este mai mic cu atât este mai dificil de realizat curbarea si există un risc mai mare de apariție al crăpăturilor. Realizarea acestui raport este influențată de numeroși factori care pot fi controlați într-o [anonimizat], gradul de plasticitate al lemnului înainte de începerea procesului și, bineînțeles, circumstanțele în care are loc procesul de curbare.

Alegerea metodei de plastifiere a lemnului joacă, bineînțeles, un rol foarte important în crearea tehnologiei de producere a reperelor curbate. În primul rând, privind partea tehnologică a procesului, metoda aleasă trebuie să garanteze plasticitatea necesară a lemnului pentru a realiza îndoirea fără risul de crăpaturi sau rupturi. În al doilea rând, cu cât gradul de plasticitate obținut este mai ridicat cu atât crește și durata procesului de plastificare și cel de stabilizare a formei opținute deci implicit creșterea costului de productie este direct proporțională cu creșterea duratei de producție iar eficiența scade in acest caz. De aici rezultă că nu este profitabil să se opțină un grad de plasticitate ridicat atunci când nu este necesar.

Lucrarea de fața tratează tema plastifierii lemnului din toate privințele. În prima parte a lucrării se impune o cercetare istorică necesară pentru a putea înțelege importanța și aplicabilitatea procesului; urmând firesc cursul evoluției se ajunge la metodele existente în momentul de față și modul prin care se poate alege metoda cea mai bună și potrivită în funcție de anumite caracteristici ale fiecărui reper ce uremază să fie supus procesului de plastifiere. A doua parte a lucrării constă în realizarea unor proiecte tehnice și tehnologice pentru anumite piese de mobilier cu intenția de a demonstra importanța alegerii procesului potrivit în funcție de proiectul care urmeaz să fie executat și practicitatea întregului proces de plastifiere a lemnului.

Capitolul I.STUDIU DOCUMENTAR PRIVIND DIVERSE PROCEDEE DE PLASTIFIERE A LEMNULUI ÎN VEDEREA CURBĂRII

I.1. Modificarea lemnului

Compușii polimerici ai lemnului și aranjarea acestora pe mai multe niveluri ierarhice în structura lemnului îi conferă acestuia un caracter versatil, chiar nobil, și o capacitate de transformare ce depășește capacitatea oricăriu alt material. Avantajele unice ale lemnului sunt marea sa disponibilitate(atâta timp cât este exploatat corespunzător), o reînnoire durabilă și susținută, o relație prietenoasă cu mediul înconjurător și flexibilitatea aplicativității. Toate acestea fac acest material nobil să fie apreciat atât de oameni de știință și cercetători cât și de inginerii din întreaga lume.

Pentru a putea utiliza lemnul în cel mai eficient mod este necesară o cunoaștere atât a cantităților relative ale diferitelor substanțe care îl alcătuiesc, cât și de felul in care aceste substanțe sunt distribuite in pereții celulelor si modul în care acestea reacționează la influențele din mediul înconjurător.

Lemnul și coaja sunt materialele speciale produse de arbore, materiale care îndeplinesc anumite funcții specifice iar dezvoltarea acestora este coordonată de gene pentru a putea satisface nevoile arborelui. Proprietățile de rezistență, aspectul, permeabilitatea la apa și diverse substanțe chimice, rezistența la degradare și reactivitatea chimică, pe scurt proprietățile fizice și mecanice ale lemnului, sunt afectate de structura anatomică a acestuia. Faptul că lemmul este un produs natural care provine din diferiți arbori individuali, poate chiar și din zone diferite, impune anumite limite și circumstanțe de utilizare iar de aici rezultă faptul că acest material natural, lemnul, ar putea avea nevoie să fie transformat pentru a obține nivelul de funcționalitate dorit. Anumite probleme specifice care semnifică faptul ca lemnul nu satisface anumite cerințe ale utilizatorului sunt:

Faptul că dimensiunile acestuia sunt limitate de dimensiunile arborelui

Rezistența scăzută la biodegradarea cauzată de micro-organisme și la foc

Lipsa de uniformitate

Importante variații dimensionale, cauzate de carcaterul anisotropic și higroscopic

Eterogeneitatea acestuia

Scopul oricărei evoluții tehnologice care are în vedere lemul este să stabilizeze, să omogenizeze, să-i dea produsului final dimensiuni și forma care sunt independente de cele ale arborelui, să depășească problemele instabilității dimensionale și să îmbunătățească durabilitatea acestuia și rezistența la foc. Pentru a obține produse semi-finite și finite cu sau fără valoare adaugată, lemnul poate fi transformat în nenumărate moduri care se pot rezuma în trei grupe de metode:

Transformarea primară a lemnului; tăiere, mărunțire, etc.

Reconstruirea lemnului

Modificarea lemnului

În afară de conservare sau protecție împortiva focului, cel mai întâlnit motiv pentru modificarea lemnului este acela de a reduce rata de umiditate absorbită de lemn și/sau să reducă umflarea și contragerea care apar în condiții de fluctuație a umidității relative, cu alte cuvinte îmbunătățirea stabilității dimensionale. Metodele prin care se obțin aceste lucruri includ plastifierea sau înmuierea lemnului. Asta este o parte extrem de importantă în procesul curbării lemnului solid și al obținerii furnirelor.

Pentru a modifica lemnul, se aplică două tipuri de tratamente: tratamente chimice și tratamente termo-hidro-mecanice. Tratamentele chimice sunt mult mai numeroase iar gama de substanțe chimice disponibile este de asemnea foarte vastă, pe când în cazul tratamentelor termo-hidro-mecanice, așa cum spune și numele, se folosesc doar căldura, apa și forțele mecanice. În Figura 1 este o schemă simplificată a tratamentelor chimice și termo-hidro-mecanice conventionale folosite în acest moment.

Figura I.1. Schema simplificată a diverselor procedee de modificare a lemnului

I.1.1. Modificarea chimică

Modificarea chimică a lemnului este definită ca fiind orice reacție chimică intre anumite părți componente reactante ale celulei lemnoase și un reactant chimic, cu sau fără catalizator, care formează o legătură covalentă între cele două componente (Hon și Shiraiashi, 1991). Poate cea mai promițătoare aplicativitate a tehnologiilor dezvoltate pentru modificarea chimică a lemnului este în cadrul materialelor reconstituite, cum sunt plăcile aglomerate din lemn(PAL), placajul și alte produse care au la bază furnirele. Problemele cauzate de instabilitatea dimensională și degradarea biologică cauzează o restricție în ceea ce privește folosirea produselor lemnoase în anumite piețe și determină creșterea valorii adăugate pentru ca procedelee de modificare chimică trebuie să fie în ambianța cu mediul inconjurător.

În Figura 1, se disting două clase mari de tratamente chimice: agresive și ușoare. Cele agresive au ca scop pătrunderea și acționarea în inima fibrelor de celuloză. Acestea rup structura cristalină a celulozei și practic distrug structura multilaterală și ierarhică a lemnului.Acest tip de tratamente modifică radical componentele chimice ale lemnului. Ca o urmare normală, materialele rezultate își pierd practic toate proprietățile intrinseci ale lemnului în stare normală, netratat. Două dintre cele mai elocvente exemple de tratamente agresive sunt transfromarea în lichid, respectiv în ulei a lignocelulozei. Procesul de transformare în lichid se referă în principal la acele proceduri de obținere a uleiului din biomasa sub anumite condiții foarte severe. Între anii 1969 și 1975 s-a transformat celuloza în ulei folosind reacții chimici, căldura ridicată și presiune. Acest tip de transformare se numește transformarea în ulei a lignocelulozei. Alte tipuri mai recente de transformare în lichid se considera dizolvarea lemnului modificat chimic sau chiar și a celui netratat în colvent. Aplicații ale acestui procedeu au fost dezvoltate pentru prepararea adezivilor, pentru mulaje sau diverse spume.

Dar, pe de altă parte, tratamentele chimice ușoare lasă structura cristalină a lemnului intactă și ating doar părtile amorfe și frupele funționale ale compușilor moleculari ai lemnului. Acest tip de tratamente lasă structura microscopică a lemnului în mare parte neschimbată. Din această categorie, poate cele mai cunoscute metode sunt acetilarea, eterificarea, impregnarea cu rășina vinilica, impregnarea cu polietilenglicol, impregnarea cu rășina formaldehidică sau umplerea golurilor celulare cu aliaje metalice. Toate aceste tratamente conduc către o îmbunătățire a anumitor proprietăți fizice si mecanice ale lemnului cum sunt higroscopicitatea, rezistența la acțiunea micro-organismelor, rezistența la foc si variațile dimensionale cauzate de umiditate. Dar bineînțeles că aceasta influență a diverselor tratamente chimice ușoare asupra proprietăților fizice și mecanice ale lemnului a fost investigată și s-a descoprit că anumite tratamente îmbunătățesc anumite proprietăți ale lemnului dar în același timp conduc către slăbirea sau chiar deterioarea altora.

Tratamentele chimice care includ modificarea substanțială a structurii lemnului, și anume tratamentele chimice agresive, sunt o ramură mai complicată si foarte vastă care necesită un studiu amănunțit în cadrul chimiei organice și nu se încadreaza în tema acestei lucrări. Tratamentele chimice ușoare pe de altă parte își găsesc locul mai departe în această lucrare prin efectele lor în cadrul higroscopicitații și înmuierii lemnului.

I.1.2. Tratamente termo-hidro-mecanice, THM

Tratamentele termo-hidro-mecanice au un mare avantaj asupra tratamentelor chimice deoarece produsele rezultate în urma tratamentelor THM sunt prietenoase cu mediul. În timpul tratamentelor THM natura chimică a diverselor componente ale lemnului nu este în principiu schimbată.

Tratamentele termo-hidro-mecanice includ mai multe tipuri de procese:

Curbarea lemnului

Densificarea lemnului: termo-mecanică și termo-hidro-mecanică

Modelarea lemnului, densificarea la suprafața, gravarea

Sudarea lemnului

Tratamente termice pentru creșterea stabilității dimensionale și creșterea rezistenței la degradare

Procesarea hidro-termala a lemnului; plastifierea lemnului

Reconstituirea produselor lemnoase; material composite pe bază de lemn

Faptul că lemnul ud sau umed poate fi modelat ușor sub acțiunea forțelor mecanice și a căldurii a fost cunoscut de foarte mult timp. În imaginile I.1 și I.2 se arată procesul și principiile construcției unei canoe cu ajutorul tratamentelor termo-hidro-mecanice antice și elementare. Principalii pași sunt: cioplirea formei brute de canoe dintr-un trunchi de copac, încălzirea acesteia, modelarea finală a formei și fixarea formei obținute.

Imaginea I.1. Cioplirea dintr-un trunchi de copac a formei brute de canoe cu ajutorul focului. Lemul era ars și, implicit în același timp încălzit, cea ce facilita cioplirea până la grosimea dorită a pereților.

Imaginea I.2. După ce froma brută era obținută, aceasta era umplută cu apă care era ulterior încălzită cu pietre încinse și așa se realiza înmuierea lemnului. Pasul final consta în montarea despărțitoarelor de lemn care ajută la menținerea și fixarea formei astfel obținute.

Modelarea lemnului încălzit s-a practicat înca din antichitate și s-a efectuat în diferite feluri, depinzând de zona geografică și perioada istorică în care a avut loc. Plastifierea lemnului solid cu scopul de a-l îndoi fără a se rupe sau crăpa este cea mai întâlnită formă de modelare a lemnului; pentru creația de mobilier și bărci. Curbarea se poate realiza în unul sau două plane și în diferite direcții ale aceluiași plan.Lemnul este îndoit, după aburire, în diverse dispositive special de prindere care reduc riscul de apariție al crăpăturilor sau rupturilor.

Un alt proceds care include modelarea lemnului este tehnica curbării laminate care este în principal folosită la curbarea furnirelor care urmează să fie folsite la creația de mobilier, articole sportive sau placarea unor anumite suprafețe. Pentru a crește eficiența producției produselor care au la bază furnire, s-a dezvoltat un înteres crescut în ințelegerea materialelor lemnoase și a proceselor aferente. În definitiv, mecanismele și procesele de baza care trebuie înțelese pentru a facilita o producție eficientă sunt aceleași, depinzând doar de raza reperului ce urmează să fie curbat. În imaginile I.3 și I.4 sunt reprezentate aplicații ale curbării lemnului solid și laminat la mobilier.

Imaginea I.3. Scaunul “Velo”, realizat Imaginea I.4."Why bench knot”, obiect de artă realizatde designerul britanic Jan reazliat de designerul canadian Kino Guerin și

Waterson din lemn solid, arătând de soția acestuia, Elyse, din placaj și frunire, ce

continuitate și armonie. îmbină perfect funcționalitate și esteticul.

Lemnul se poate densifica si proprietatile acestuia modifica nu doar prin umplerea golurilor acestuia cu polimeri, sulf topit sau alte metale topite dar si prin comprimarea acestuia in conditii specifice astfel incat structura acestuia sa nu fie stricata. Densificarea este procesul prin care densitatea lemului este crescuta prin reducerea spatiilor goale din lumen. Acest lucru se obtine in general prin comprimarea lemnului in directie transversala Scopul procesului de desnificare este de a imbunatatii comportamentul mecanic si sorbtia lemnului dar in ciuda imbunatatirii acestor proprietati, lemnul denisificat netratat are tendinta sa-si recapete forma de dinainte de desnificare cand este in contact cu umiditate sau caldura ridicata. Acest fenomen a fost denumit „forma memoriei”.

Gravarea este un exemplu de aplicatie al densificarii lemnului. Procesul consta in trecerea pe suprafata lemnului, in general cu un o scula metalica, cu scopul de a crea un model decorativ pe suprata acesuia. Aceasta metoda este comparabila cu metodele de desnificara ale lemnului dar scopul principal al acestui proces nu este de a creste densitatea lemnului cu doar de a modela suprafata acestuia. Gravarea este unul dintre cele mai vechi procese din istoie, dovezi in acest sens exista in interiorul palatelor sau al monumentelor funerare din antichitate.

Inca din anul 1886 ideea densificarii lemnului prin comprimare in directie radiala a fost inteleasa (Vorreiter, 1949). In Austria anului 1922, fratii Plumfes au dezvoltat o metoda de a densifica lemnul prin impregnare cu cauciuc. Acest tip de lemn a fost folosit in industria aviatica pana in anul 1945 cand a fost inlocuit de aluminiu. Lemn solid comprimat a fost de asemenea facut in Germania inca de la inceputul anilor 1930 si a fost comercializat sub denimirea de „Lignostone”, lemn laminat comprimat sub denumirea de „Lignofol” si un lemn laminat comprimat tratat cu rasini sub numele de „Kunstharzschichtholz„ (Kollmann, 1936 si Stamm, 1964). Pentru a depasi problema „memoria formei”, Stamm si Seaborg (1941) au impregnat lemnul dupa comprimare cu o rasina fenol-formaldehidica si au incalzit lemnul pentru 10-20 de minute pentru a polimeriza rasina. Acest tip de produs rezultat a fost denumit „Compreg”. Mai tarziu, acestia au imbunatatit procesul folosind un tratament hidro-termnal pentru a reduce efectul de „memoria formei” si lau denumit „Staypak”.

Modificarea lemnului prin incalzire cu scopul de a-i imbunatatii durabilitatea si stabilitatea dimensionala a fost studiata de Stamm (1946). Lemnul era incalzit intr-o baie de metal topit la temperaturi ce variau intre 140 si 320 de grade ceslius si s-a demonstrat ca incalzirea pentru sapte ore la 260 de grade celsuis reduce umflarea la molid cu pana la 60%. Dar totusi, Stamm a raportat ca desi stabilitatea dimensionala si durabilitatea lemnului comprimat s-au imbunatatit prin incazlire, anumiti parametrii erau redusi la valori inacceptabile, in special rezistenta suprafetei. Prin urmare, Stamm nu a prezis un viitor pentru lemnul stabilizat prin incalzire.

In anii 1970, Burmester (1973) a studiat efectele temperaturii, presiunii si continutul de umezeala ca sa gaseasca conditiile optime pentru stabilizarea prin incalzire pentru diferite specii de lemn, si o metoda de tratament termic denumita FWD (Feuchte-Warme-Druck) a fost lansata. Pentru lemnul de pin, de exemplu, conditiile optime erau mentionate ca fiind: continutul de umiditate intre 20 si 30%, temperatura de 160°C si o presiune de 0.7 MPa. S-a dezvoltat o rezistenta considerabila impotriva putregaiului maro iar reducerea rezistentei s-a considerat ca fiind nesemnficativa.

Mai recent, Norimoto (1993) si Ito (1998) au folosit acelasi procedeu ca Stamm si Seaborg pentru a elimina “memoria formei” lemnului densificat. Cercetari avansate asupra tratamentelor lemnului densificat au fost realizare de Tanahashi (1990), Inoue (1993), Ito (1998), Navi si Girardet (2000), Heger (2004), Navi si Heger (2005) si Navi (2007). Acestia au aratat ca tratarea termica dupa densificare a lemnului subtire la200°C pentru doar 4 minute este suficienta pentru a elimina aproape total “memoria formei” lemnului. Studii recente asupra modelarii, mularii si densificarii lemnului comprimat cauta sa gaseasca mai multe campuri de aplicabilitate.

In cazul sudarii lemnului prin frictiune, energia termica generate de frictiune, care este in mod normal nedorita, este folsita pentru a unii reperele prin controlarea uzurii, conducand astfel la o sudura eficienta. Pentru o foarte lunga perioada de timp, sudura prin frictiune si-a gasit loc in mai multe domenii din indistria metalurgica si plastic. Imbinarile realizare sunt liniare sau punctiforme, depinzand de forma reperelor ce urmeaza sa fie sudate. Suthoff (1996) a realizat prima incercare de a unii lemn prin intermediul presiunii si caldurii generate de frictiune.

Lemnul din zona de contact este incalzit de caldura generate de frictiune. Aceasta cauzeaza o alterare termala a structurii celulelor lemnoase care conduce la formarea unui strat vascos. Dupa racire, materialul din acest strat vascos formeaza stratul care realizeaa efectiv sudura intre cele doua repere. In imaginile I.5 si I.6 se poate observa, atat la nivel microscopic cat si macroscopic, rezultat sudarii prin frictiune.

Imaginea I.5. Sudura prin frictiune, nivel macroscopic. Imaginea I.6. Sudarea prin frictiune, microscopic

Cel mai utilizat proces industrial de tratare termica a lemnuli este uscarea cherestelei in cuptoare. Acest proces se desfasoara la temperaturi sub 100 °C pentru uscare convextiva a lemnului sau la temperature peste 100 °C pentru uscarea la temperatura mare. Modificarea termala a lemnului poate fi vazuta ca si un process de uscare care se incheie cu o perioada in care temoeratura este ridicata pana cand toata apa din lemn se evapora.

In prezent, se folosesc 5 metode diferite pentru tratare termica. Toate aceste motode folosesc temperaturi cuprinse intre 180 si 260°C si difera in functie de modul prin care este eliminat oxigenul. Cele 5 metode sunt:

Metoda PLATO, din Olanda, care foloseste apa ca mediu.

ThermoWood, din Finlanda, care foloseste vaporii ca mediu

Lemnul nou obtiune, din Franta, foloseste nitrogenul ca mediu

Procesul Perdure, din Canada, se realieaza intr-un mediu cu aburi

Tratarea lemnului cu ulei incins, din Germania, foloseste ulei ca mediu.

Un process hidro-termal are loc atunci cand lemnul este incalzit in apa pentru a-l inmuia si pentru a elimina stresul si tensiunile din interiorul lemnului. Un proces hidro-termal uzul consta in aburirea si fierberea bustenilor inainte de feliere sau derulare pentru obtinerea furnirelor. In practica, temperature de fierbere a apei este rareori atinsa, de cele mai multe ori temperaturile folosite sunt sub100 °C.

Dorinta continua de a extinde si modifica dimensiunile si proprietatile naturale ale lemnului si de a folosi deseurile si rezidurile rezultate in urma diverselor procesari dar si a speciilor de dimeniuni mici sau cu un lemn de o calitate sczauta a dus a o vasta ramura de material noi, cunoscute sub numele de material composite sau produse reconstitutie din lemn. Materiale compozite din lemn se pot drupe in produse pe baza de fibre si compozite de baza de lemn solid. Produsele pe baza de fibre include cartonul, placile din fibre cu densitate scazuta si densitate medie si placi tari. Pentru aceasta clasa de produse, lemnul este maruntit pana la fibre si este apoi reconstituit in forma dorita, cu aplicare de presiune sau nu, prin restabilirea legaturilor chimice intre moleculele de lignina dintre fibre cu sau fara adaugare de rasina.

In cazul materialelor compozite obtinute din lemn solid, particule, aschii, resturi si alte forme de dimensiuni reduse ale lemnului solid sunt reunite folosind adezivi. Acest timp de materile sunt clasificate in functie de tipul de material folosit preponderent, tipul de adeziv foloist, desnitate si rezistenta. Proprietatile relative uniforme si variatiile dimensionale reduse sunt proprietati tipice ale acestor tipuri de materiale care sunt concepute, in ultimul timp, pentru tot mai multe scopuri.

Termenul de materil compozit lemn-plastic se refera la orice compozit care are in componenta sa orice fel de lemn si polimeri plastici. Acestea se clasifica in functie de tipul de plastic folosit si anume “termoplastic” si “termoset”. Primul are proprietatea de a putea fi retopit, pe cand ce de-al doilea ramane permanent in forma in care s-a uscat. Datorita acestor proprietati fizice, compozitele cu polimeri termoplatic au un punct de topire scazut iar compozitele cu polimeri termoset in compozitie rezita la temperature ridicate fara a-si pierde rigiditatea sau forma.

Lemnul este format din lanturi de polimeri naturali legate intre ele de hidrogen si legaturi covalente. Legaturile de hidrogen stau la originea relatiei dintre comportamentul mecanic al lemnului si variatiile temperaturii si umezelii. Atunci cand lemnul este supus anumitor tratamente hidro-termale,componetele amorfe se inmoaie si este foarte usor de deformat iar asta face posibila utilizarea in multe alte procese industriale ca mulare, densificare, curbare, modelare, uscare la temperatura ridicata, etc. In toate tratamentele termo-hidro-mecanice lemnul sufera o deformare elasto-visco-plastica. La temperatura ridicata, lemmul poate suferi distrugeri mecanice si chimice de un nivel considerabil. Tratamentele termo-hidro-mecanice necesita cunostinte asupra stiintei lemnului si polimerilor acestuia. Este esential sa se cunoasca comportamentul lemnului in concordanta cu teperatura, continutul de apa, rezistenta mecanica dar si reactiile chimice ce au loc in interiorul lemnului datorita temperaturilor ridicate.

I.2. Metode de plastifiere a lemnului

Exista trei grupe principale de metode folosite pentru plastifierea lemnului: plastifiere hidro-termala, plastifiere termala si plastifiere chimica. De cele mai multe ori, in practica, pentru a obtine rezultate cat mai bune, se folosesc aplicatii combinate ale metodelor din grupe diferite.

I.2.1. Plastifierea hidro-termala a lemnului

Plastifierea hidro-termala a lemnului consta in aplicarea mixta a influentelor temperaturii ridicate si a umiditatii. Aceste conditii obtinute conduc la o scadere considerabila in vascozitate a substantei principale de legatura intre celuloza si micro sau macro fibrile, si anume lignina. Metodele din aceasta grupa sunt considerate ca fiind metode foarte ecologice si prietenoase cu mediul inconjurator.

I.2.1.1. Aburirea lemnului solid

Aburirea consta in incalzirea lemnului cu umiditate de peste 15% utilizand abur cu o temperatura de peste 80 °C. Cresterea temperaturii lemnului este controlata prin convectie incepande la suprafata si continuand spre interiorul reperelor. Reperele de lemn sunt dispuse in camera de aburire aprope una de alta sau in randuri, asezate pe lati care le separa. Se disting doua regimuri de aburire, depinzand de presiunea aburului: aburire realizata la presiune atmosferica sau aburire realizata la o presiune peste presiunea atmosferica. La regimurile cu presiune a aburului egala cu presiunea atmosferica (aproximativ 0,1 MPa), temperature aburului variaza intre 95 si 100 °C. La regumurile cu presiune mai mare decat presiunea atmosferica (ex: 0,20-0,30 MPa), aburul are temperatura cuprinsa undeva intre 115 si 125 °C, iar timpul de plastifiere se reduce cu pana la intre 3 si 5 ori. Dar acest tip de regimuri nu sunt foarte raspandite in practica din cauza schimbarii inevitabile a culorii lemnului si a scaderii rezistentei mecanice reperelor tratate astfel ca urmare a folosirii temperaturilor mai ridicate.

Continutul de umiditate al lemnului nu variaza semnificativ pe timpul aburirii la presiune scazuta. Spre exemplu, un reper din lemn de fag cu continut initial de umiditate de 12% ajunge la 15% dupa o ora de aburire la 95 °C.

In imaginea 7 se regaseste o camera de aburire de mici dimensiuni cu autorul careia se poate realiza aburirea la presiune atmosferica.

Imaginea I.7. Camera de aburire cu Imaginea I.8. Autoclava cu regulator de presiune

presiune atmosferica. al aburului pentru realizarea aburirii la

presiune peste cea atmosferica.

Procesul industrial de aburire a lemnului necesita in principal urmatoarele echipamente: generator de abur si camera de aburire pentru aburire la presiune atmosferica (Imaginea I.7) sau o autoclava (Imaginea I.8) cu regulatori de presiune. Datorita presiunii ridicate cu care se lucreaza in autoclave, mentenanta si reparatiile sunt un proces complicat si chiar periculos. Acesta este inca un motiv pentru care se prefera aburirea la presiune atmosferica. Generatoarele de abur nu sunt in general scumpe, pretul mediu fiind undeva in jurul sumei de 5,500 RON, iar acestea sunt absolut necesare din punt de vedere tehnologic. In general pretul autoclavelor este dublu fata de cel al camerelor simple de aburire. Pentru o fabrica in care se foloseste cel putin o autoclava si o masina de curbat lemnul este necesara i investitie minima care se invarte in jurul sumei de 90,000 RON.

Duratia procesului de plastifiere depinde in general de grosimea reperelor, de specia lemnoasa din care sunt realizate acestea, de felul in care acestea sunt plasate (cu sau fara lati separatori) si de intensitatea reprizelor de aburire. Pentru a se preveni uscarea suprafetei reperelor de lemn in timpul aburirii, acestea sunt incalzite cu abur saturat. Aburirea cu abur umed se realizeaza atunci cand se trateaza repere ce au un continut de umiditate mai scazut decat cel necesar din punct de vedere tehnologic.

Ca urmare a proceselor compeze de transfer de caldura si masa din lemn pe parcusul aburirii, exista un oarecare dezaccord privind durata procesului. Aceasta durata depinde in principal de grosimea reperului si de continutul initial de umiditate. Valorile cele mai intalnite sunt 1,2 min/mm pentru reperele cu un continut de umiditate peste 18% si 2,4 min/mm pentru lemnul cu un continut de umiditate mai redus.

Disponibilitatea aburului liber in lemn conduce la o curbare mai nereusita si greu de realizat (Sochor si Rajcan, 1962). In afara de asta, crescand umiditatea lemnului, si in cazul in care nimci altceva nu se schimba, incalzirea materialului de desfasoara mai lent iar principalul motiv pentru asta este faptul ca odata cu cresterea umiditatii scade coeficientul de transfer de temperatura.

Eficienta procesului de aburire a lemului in vederea plastifierii depinde in general de dimensiunea camerei de aburire si de felul in care sunt asezate reperele in aceasta. Asezarea acestora pe lati separatori si cu spatiu intre ele confera o distribuire egala si unforma a aburului dar de multe ori, in practica, se incalca aceasta regula din dorinta de a putea aburi mai mutle repere pe ciclu efactuat. Dar acest lucru atrage dupa sine doua efecte negative, si anume: necesitatea unei perioade mai lungi si incalzirea neuniforma a reperelor.

Aburirea este un proces universal in materie de plastifiere a lemnului in vederea obtinerii undei arii mari de curbare. Asta inseamna ca aceasta metoda este potrivita pentru plastiferea reperlor ce urmeaza sa fie curbate atat cu o raza mica dar si mare.

I.2.1.2. Fierberea lemnului solid

Fierberea lemnului in apa incalzita pana la temeratura de 100 °C sau peste ofera, din punct de vedere calitativ, aceleasi posiblitati de curbare ca si in cazul aburirii. Dar in ciuda acestui fapt, aceasta metoda este mai putin preferata de producatorii de mobilier iar principalul motiv pentru acest lucru este faptul ca prin aceasta metoda creste foarte mult continutul de umiditate al reperului in timpul procesului. Iar asta conduce inevitabil la o crestere a timpului de uscare care are loc in perioada de stabilizare a formei obtinute. Din punct de vedere tehnic, procesul de fierbere a lemnului necesita un recipient/vas cu dimensiuni potrivite si o sursa de energie pentru incalzirea apei si implicit a lemului. De cele mai multe ori fierberea are loc intr-un recipient deschis. Costul investitiei initiale este asemanator cu cel pentru echipamentele de aburire iar problema tehnica majora care apare la ambele procedee este determinarea corecta a capacitatii si marimii camerei sau recipientului folosit. Studiind plastifierea lemnului, Saito si echipa sa (1951), au stabilit ca presiunea exercitata pentru curbare este mai scazuta in cazul in care reperele au fost tratate prin fierbere decat prin aburire iar colorarea lemnului apare preponderent in cazul aburirii. Atingerea unui grad ridicat de plasticitate prin fierbere este de apriximativ 1,5 ori mai rapida decat prin aburire.

Potrivit cercetarii realizate de Nikolov si Raishev (1963), la sfarsitul celui de-al 10lea minut de la inceputul plastifierii forta disstructiva este redusa cu mai mult de doua ori in cazul reperelor tratate prin fierbere si doar cu 40% in cazul celor tratate prin aburire. Arcul curburii reprelor aburite este totusi cu 17% mai mare decat al celor tratete prin fierbere. Dupa ce pragul celor 10 minute este depasit, arcul curburii reperelor aburite tinde sa scada pe cand in cazul fierberii, dupa o usoara scadere, acesta continua sa creasca si isi atinge maximul dupa aproximativ 40 de minute de la inceputul procesului. Aceasta metoda de comparatie este totusi relativa datorita faptului ca umiditatea initiala a reprelor este diferita dar are scopul de a arata diferente intre cele doua metode de plastifiere.

Felul de aranjare a reperlor in recipinetul in care are loc fierberea are si in aceasta metoda o influenta asupra calitatii procesului de plastifiere iar udare lemnului are doua dezavantaje majore: unul dintre ele consta in decolorarea rezultata in urma interactiunii mineralelor din apa cu lemnul si a doua este aparitia crapaturilor in directia fibrelor pe parcusul uscarii reperelor. Si inafara de asta, metoda fierberii lemnului necesita o perioada mai lunga de uscare dupa curbare care implica mai mult timp, mai multa energie consumata iar toate acestea duc inevitabil la o scadere in eficienta in productia reperelor curbate.

I.2.1.3. Incalzirea lemnului in camp electric cu frecventa mare

Din fizica este cunoscut faptul ca incazlirea unor elemente dielectrice, asa cum este lemnul ud, intr-un camp electric de frecventa mare se realizeaza prin frictiunea moleculelor dipolare de apa. Este rezultatul scopului lor principal de a urma schimbarile rapide ale polaritatii din campul electric. Frecarea continua intre moleculele de apa din interiorul lemnului cauzeaza o crestere a temperaturii materialului ce se afla in actiunea campului electric.

Faptul ca generarea de caldura este cauzata de frecare moleculelor de apa produce o incalzire ce incepe din interior spre exterior iar acest fapt constituie atat pricipala diferanta cat si principalul avantaj al acestei metode fata de metodele conventionale de incazlire, si anume prin contact sau convective, in care incalzirea are loc de la exterior spre interior si temperatura exterioara este mai ridicata decat cea interioara iar acest lucru duce la aparitia unui gradient de temperatura negativ. Acest gradient incetineste circulatia apei din centru spre suprafata iar acest lucru duce inevitabil la o crestere a duratei procesului de plastifiere si ulterior al celui de uscare.

Pentru punera in practica a acestei metode este nevoie de un echipament mai complex decat in cazul celor doua metode mentionate anterior, si anume un generator de frecventa mare si o presa hidraulica ( Imaginea 9). Generatorul de frecventa inalta aplica un curent de frecventa mare reperelor prin intermediul unor electrozi conectati mulajelor presei hidraulice. Pretul echipamentului complet variaza undeva intre 65.000 si 90.000 RON.

Imaginea I.9. Generator de curent de frecventa inalta

si presa hidraulica.

Principalii parametrii care controleza incazlirea si respectiv durata procesului de plastifiere sunt : frecventa curentului electric, umiditatea lemnului si intinderea campului electric. In mod indirect, campul electric este cel care realizeaza transportul caldurii prin lemn. Cresterea frecventei curentului electric atrage dupa sine numarul de miscari pe care moleculele de apa il realizeaza intr-o anumita perioada de timp iar asta duce la cresterea temperaturii din interiorul materialului. Umiditatea initiala a lemnului este unul dintre factorii de baza care influenteaza viteza cresterii temperaturii. Este foarte important ca toate reperele ce urmeaza sa fie curbate sa aiba aceeasi umiditate, altfel campul electriv va actiona la capacitate maxima doar asupra celor cu umiditate ridicata. Acesta este motivul principal pentru care se obtin crapaturi sau rupturi interne sub actiunea presei hidraulice. Se considera ca fiind valori optime o umiditate intre 15 si 20% si o frecventa a campului electric intre 5 si 9 MHz.

Incazlirea lemnului in camp de curent cu frecventa inalta se realizeaza mult mai rapid decat cea prin aburire sau fierbere. Aceasta se realizeaza intre 1 si 10 minute, depinzand de intensitatea campului electric si de grosimea reperului.

Dar desi durata de incalzire este foarte scurta, aceasta metoda de plastifiere este greu de folosit fara pierderi deoarecea apar foarte usor crapaturi interne sau arsuri pe suprafata. Alte dificultati care apar sunt distributia naturala inegala a umiditatii de-a lungul sectiuniilor transversala si longitudinala a reperului. Toate acestea impreuna cu alte motivde de natura tehnica si economica, (de exemplu: pretul ridicat al generatoarelor, mentenanta complicata, posibilul pericol de radiatii, curentare si accidente) fac ca aceasta metoda sa aiba aplicabilitate scazuta in practica.

I.2.2. Plastifierea termala a lemnului

Trebuie stabilit inca de la inceputul acestui subcapitol ca denumirea de plastifiere termala a lemnului este doar pentru a exprima lipsa si actiunea directa a apei sau aburului asupra lemnului. Din punct de vedere terminoligiei, numele de plastifiere termala, nu este tocmai corect din moment ce aceasta grupa de metode ar putea fi considerata ca fiind hidro-termala. Motivul pentru aceste lucruri este faptul ca apa libera din interiorul lemnului actioneaza atat din punct de vedere termal cat si al umiditatii reperului. In practica aceasta metoda mai este cunoscuta ca fiind metoda uscata. Continutul initial de umiditate al lemnului variaza undeva in intervalul 8-14 % si incalzirea se realizeaza prin contact direct cu o suprata metalica incinsa. Incazlira are loc incepand de la suprafata si avansand spre centrul reperului. Pentru a realiza acest tip de incalzire, o presa hidraulica cu unul sau mai multe platane metalice drepte sau curbate este utilizata. O presa de acest gen este reprezentata in imaginea 10.

Pretul unui astfel de echipament ajunge de obicei in jurul sumei de 140.000 RON.

Imaginea I.10. Presa hidraulica termala

simpla cu platane metalice drepte.

Aceasta grupa de metode are niste avantaje majore printre care se numara faptul ca nu este necesara umezire si de inevitabila uscare de dupa, deci si timpul perioadei de stabilizare de dupa plastifiere este mult redus. Principalul dezavantaj al acestor metode este faptul ca se atinge doar un grad de plasticitate scazut dar, deseori, in practica se compenseaza acest lucru prin combinarea plastifierii termale cu o imersie preliminara a reperelor cu 8-12% umiditate in apa incalzita pana la 60-80°C pentru o perioada de 15 pana la 30 de minute.

I.2.3. Metode chimice de plastifiere a lemnului

Procesul de plastifiere chimica consta in crearea anumitor conditii pentru transformarea peretilor celulari, situatie care conduce la slabirea legaturilor intre peretii celulari. Prin intermediul acestor metode se atinge un grad de plasticitate atat de ridicat incat deformarile sunt ireverisible. Acest lucru faciliteaza nu numai procesul de curbare al lemnului dar si stabilizarea odata ce forma dorita a fost obtinuta. Plastifierea chimica foloseste solutii apoase de amoniac, uree, etilendiamida si rasini termoplastice si fenol-formaldehidice.

Principalul avantaj pe care plastifierea chimica il are asupra metodelor hidro-termale este faptul ca prin tratarea chimica lemnul se poate curba foarte usor si fara nicio o pierdere deoarece se atinge gradul maxim de plasticitate al lemnului.

Reperele obtinute din majoritatea speciilor lemnoase sunt cel mai puternic plastifiate sub actiunea amoniacului (NH3), si mai ales daca este intr-o solutie lichida si se lucreaza sub presiune. In acest caz, pentru un reper cu grosimea de 10 mm timpul necesar pentru plastifiere este de o ora iar pentru a folosi la maxim plasticitatea, reperul ar trebui curbat pana la 15 minute dupa tratamentul mentionat. Lemnul tratat cu amoniac, in comparatie cu lemnul natural, netratat, isi mareste deformatia cu pana la 1,4 ori iar elasticitatea ii scade de 5 ori. Forta necesara pentru a curba lemnul astfel tratat este considerabil mai mica decat cea necesara pentru a curba lemnul tratat prin aburire sau fierbere, practic se poate curba cu mana libera. Dar in ciuda acestor avantaje masive exista si anumite efecte negative destul de serioase cum ar fi: lemnul tratat astfel sufer invevitabil o colorare in maro, durata de imersie este de ordinul orelor, amoniacul este periculos si usor infamabil iar inafara de faptul ca procesul de productie are un cost ridicat este si daunator pentru sanatatea muncitorilor si este poluant pentru mediu. Datoritoa acestor efecte negative, plastifierea cu amoniac nu se mai foloseste in procesele de productie.

I.3. Metode noi si inovative de plastifiere a lemnului

Intrucat tendinta naturala si cursul natural al vietii insasi este de a evolua si de a gasi metode mai usoare si mai bune pentru a realiza lucruri sau a intreprinde anumite actiuni era inveitabil ca in lumea curbarii lemnului sa nu apara astfel de materiale si metode; este vorba despre lemnul comprimat.

Lemnul comprimat este produs prin uscarea intr-un mediu controlat (umiditate intre 20-25%), debitat la dimensiuni corespunzatoare, urmand apoi ca el sa fiu rindeluit, plastifiat prin incalzire si plasare intr-o camera de compresie. Produsul este supus unei comprimari longitudinale, cu scopul de a flexibiliza lemnul. La nivel microscopic, se produc schimbari moleculare ce constau in deformatii locale ale celulelor (evidentiat in Imaginea I.11 si Imaginea I.12 , prezentate mai jos), fapt ce permite curbarea fara a slabi rezistenta produsului.

Imaginea I.11. Vedere microscpica Imaginea I.12. Vedere microscpica

marita a lemnului de fag inainte de marita a lemnului de fag dupa

comprimare. comprimare.

Doua dintre cele mai cunoscute si utilizate astfel de materiale inovative cu care se lucreaza mult mai usor decat cu materialele conventionale sunt BendyWood si CompWood. Mai pe larg despre aceste doua materiale se afla in subcapitolele ce urmeaza.

I.3.1. BendyWood

Este un produs ce se realizeaza in Italia de catre firma Candidus – Prugger (2004) printr-un proces ce se poate diferentia in doua faze mari: in prima parte a procesului are loc o aburire sub presiune ce alterzeaza cu aburirea prin vacuum iar a doua etapa consta in comprimarea in lungime a reperului cu 20%. Pentru a realiza aceasta comprimare in lungime materialul lemnos trebuie atent selectat si pregatit inainte iar scadurile ce se introduc in camera de compresie au sectiunea de 120 mm x 100mm si lungimi de 2200 mm sau mai mici.

Atata timp cat este vorba de un element subtire acesta se poate curba la rece chiar si manual(Imaginea I.11 si Imaginea I.12) iar profilele ceva mai groase se curbeaza mecanic iar curbarea are loc in stare uscata.

Raza minima, pentru elemente simple, dintr-o bucata, este 1:10, unde 1 reprezinta grosmiea reperului iar 10 raza de curbura; un element cu o grosime de 10 mm poate fi curbat la o raza de 100 mm. Iar pentru piesele imbinate pe lungime raportul este de 1:20.

BendyWood se poate realiza din majoritatea speciilor de foioase care au deja un grad de plasticitate mai ridicat inca din stare naturala: fag, stejar, frasin, platin, cires, nuc, etc.

Din cauza faptului ca indoirea si curbarea acestui material se realizeaza in stare uscata nu se poate folosi in mediul exterior sau intr-un mediu umed, de asemenea nu se folosesc adezivi sau vopsele pe baza de apa.

Imaginea I.13. Exemplu de Imaginea I.14. Exemplu de

curbare manuala a unui reper curbare manuala a unui reper

subtire de BenyWood. De BendyWood.

In tabelul urmator se regasesc specificatiile tehnice ale BendyWood, oferite chiar de catre producator.

Tabelul I.1. Specificatii tehnice ale BendyWood

Principalele avantaje ale acestui material sunt urmatoarele:

Curbarea se realizeaza la temperatura mediului ambiant si in starea uscata a lemnului

Prelucrarea se face prin aceleasi metode ca si la lemnul obisnuit

Aspectul este identic cu cel al lemnului normal

Nu necesita echipament sau instrumente speciale

Permite recurbarea daca este cazul (ex: erori de calcul al razei de curbura)

Este 100% ecologic, nu continte aditivi chimici

Este superior din punct de vedere elastic

Reprezinta solutia ideala pentru problemele din domeniul designului de interior

I.3.2. Compwood

Compwood este o scandura din lemn de esenta tare, de pana la 3000 mm lungime si o sectiune transversala de cca. 80×120 mm, ferastruita si rindeluita, incalzite si platifiata, iar ulterior comprimata la aproximativ 20% din lungimea originala, intr-o masina hidraulica de compresie.

Firma producatoare este Compwood Machines Ltd. Denmark care in anul 1988 a lansat primul prototip. Funtioneaza pe acelasi principiu ca si BendyWood si anume se poate curba la rece si manual, insa umiditatea trebuie sa fie cuprinsa in intervalul 20 – 25%. Dupa realizarea curbarii, pentru rigidizare si stabilizare, elemenul curbat se usuca. Speciile din care se realieaza sunt similare cu cele de la Bendywwod; frasin, fag, cires, ulm, platin, stejar, nuc, etc si nu se poate realiza din specii de rasinoase, din specii exotice sau si din lemn de mesteacan, intrucat acestea prezinta o rezistenta salaba la comprimare paralela.

Atat avantajele cat si dezavantajele sunt similare cu cele de la BendyWood.

Rezistenta crescuta la schimbari majore de forma

Permite curbarea la rece si obtinerea unor forme si raze de curbura greu de imaginat (Imaginea I.15 si Imaginea I.16)

Se realizeaza excusiv din prododuse netratate chimic

Se poate depozita pe perioada nedeterminata in amabalajul original care pastreaza o umiditate de 20 – 25%, fapt ce permite transportul pe dinstante mari

Soliditate si rezistenta la impact sporita comparativ cu lemnul obisnuit

Flexibilitate si durabilitate sporita dupa uscare

Permite spintecarea in repere mai inguste

Permite prelucararea si ferasutruirea cu usurinta

Net superior calitativ in comparatie cu lemnul obusnuit.

In tabelul I.3. se regasesc dimensiunile materialului CompWood sub care acesta poate fi livrat. Desigur, pe langa dimensiunile standard, producatorul ofera la comanda dimensiuni persoanliate in functie de dorinta clientului.

Tabelul I.2. Disponiblitatea materialului CompWood, date oferite de producator.

Imaginea I.15. Scaune realizate din Imaginea I.16. Impletitura realizata din

CompWood de catre designerul CompWood ce arata posiblitatile oferite de

Tina Lehner. acest meterial.

I.3. Indicatori pentru compararea metodelor convetionale de plastifiere a lemnului

In tabelul I.3 sunt prezentate un set de date tehnice care se foloseste pentru compararea metodelor conventionale de plastifiere in vederea alegerii celei potrivite pentru fiecare stuatie in parte. Aceste date sunt calculate pentru repere din lemn de fag cu dimensiunile de 25/30/250 mm. Timpul necesar pentru plastifierea prin aburire este calculat printr-un software creat de Deliyski in anul 2003 pentru rezolvarea anumitor probleme matemetice ale procesului de tratare termica. Datele pentru restul metodelor de plastifiere au fost preluate din anumite experimente realizate de Angelski in anul 2010.

Tabelul I.3. Valori si date tehnice pentru metodele de plastifiere a lemnui pentru lemn de fag cu dimensiunile de 25/30/250 mm.

I.3.1. Concluzii care duc la alegerea celei mai bune metode de plastifiere a lemnui in functie de circumstante.

Din punct de vedere tehnologic, cea mai importanta caracteristica a unei metode de plastifiere este ca ea sa asigure atingerea gradului de plasticitate necesar astfel incat sa se poata realiza curbarea reperului fara nici o problema. Iar dupa analizarea tabelului 1 si a tuturor informatiilor mentionate anterior in aceasta lucrare se pot trage urmatoarele concluzii: Atingerea gradului minim de plasticitate necesar curbarii se poate atinge prin procesele de aburire, fierbere si tratare chimica iar aburirea la o presiune ridicata este cea mai rapida metoda. Dar datorita temperaturii inalte la care este incalzit lemnul aceasta metoda are doua dezavantaje majore : posiblitatea aparitiei defectelor odata ce curbarea atinge un grad mai ridicat si schimbarea culorii lemnului iar pricipalul motiv pentru care apar defecte este faptul ca umiditatea lemnului este redusa drastic datorita caldurii ridicate si implicit aceasta aduce dupa sine reducerea plasticitatii. Aburirea la presiune atmosferica si fierberea sunt metode care necesita mai mult timp dar posibilitatea aparitiei defectelor pe parcursul curbarii este considerabil mai redusa. Tratarea chimica cu amoniac se poate folosi doar daca ulterior lemnul curbat urmeaza sa fie vopsit intr-o culoare inchisa dar eficienta scazuta si efectele negative pe care le are asupra oamenilor si mediului au facut ca aceasta metoda sa fie folosita foarte rar. Folosirea metodei prin care lemnul este supus incalzirii intr-un camp electric cu frecventa mare este cea mai potrivita din punt de vedere economic dar principalele dezavantaje constau in urmatoarele: faptul ca prin aceasta metoda nu se poate atinge gradul maxim de plasticitate al lemnului si investitia initiala in aparatura se preteaza doar productiei de serie. Procesul de plastifiere termala intre doua platane incinse are o aplicabilitate redusa in practica deoarece nu se poate un atinge un grad de plasticitate ridicat si se preteaza doar pentru reperele cu o grosime redusa.

Dupa acest studiu al plastifierii lemnului si al metodelor prin care aceasta se poate realiza, este necesar de facut urmatoarele remarci care ar trebui sa se regaseasca in mintea sau planul oricarei persoane care urmeaza sa aiba chiar si cel mai mic contact cu plastifierea lemnului.

Aburirea si fierberea sunt metodele cele mai frecvente si cele mai putin daunatoare pentru mediu.

Cel mai ridicat grad de plasticitate este se atinge prin aburire, fierbere si tratare cu amoniac.

Cea mai indicata metoda, din punct de vedere tehnologic, este abuirea deoarece se atinge un grad ridicat de plasticitate fara scaderi mari de rezistenta sau schimbari de culoare.

Cea mai buna productivitate se obtine prin incalzirea lemnului intr-un camp electric cu frecventa inalta dar ase sustenabiliate doar pentru productia de serie.

Problema cea mai mare cu plastifierea termica este faptul ca se atinge un grad foarte redus de plasticitate si de cele mai multe ori se produc crapaturi sau chiar rupturi la curbare.

Metodele din cadrul tratamentelor chimice au pierdut foarte mult din aplicabilitatea practica datorita efectelor nocive pe care le au asupra oamenilor si mediului.

CAPITOLUL II. STUDIU DOCUMENTAR PRIVIND CURBAREA LEMNULUI

II.1. Curbarea lemnului solid

Curbarea lemnului este un procedeu tehnic din industria lemnului prin care repere de lemn de diverse dimeniuni sunt indoite pentru a obtine formele dorite, in principiu dupa plastifiere. Curbarea se poate realiza prin diferite metode, incepand de la curbarea cu mana goala si pana la folosirea unor matrite. Totul depinzand de foarte multi factori, printre care cei mai importanti sunt: gradul de plasticitate atins de lemn in operatia premargatoare curbarii (plastifierea), complexitatea formei care se doreste a se obtine sau raza curburii.

Procedeul de curbarea a lemnului a fost folosit, inca din antichitate, in crearea unor arii foarte vaste de produse, acestea variind de la constructia armelor, la constructia de ambarcatiunii (Imaginea 12), productia de instrumente muzicale (Imaginea 13) sau echipament sportiv si mai ales in industria designului de mobilier (Imaginea 11), insa era un proces pe care doar cei mai priceputi mestesugari il puteau realiza intrucat implica curbarea imediat dupa inmuierea prin incazlire.

Imaginea II.1. Ansamblu de Imaginea II.2. Exemplu Imaginea II.3. Element curbat

mobilier obtinut prin curbare de ambarcatiune al unei chitari, deserveste

(masuta de cafea, raft si vikinga situata in atat un rol decorativ cat si

element de sustinere), realizat Gudvangen, Norvegia. structural.

de designerul israelean

Bar Gantz (2017).

Curbarea este un procedeu care, indiferent de punctul de vedere din care este privit, confera o multitudine de avantaje. Ramanand in domeniul industriei lemnului si in special la desginul de mobilier se poate spune ca procesul de curbare a lemnului este cea mai buna metoda de a obtine anumite forme speciale sau un design invovativ si placut ochiului(Imaginea II.4 si Imaginea II.5). Este un proces ce se regaseste in conformitate cu legile privind protectia mediului si pe parte economica este mult mai rentabil in vederea obtinerii formelor curbate. Atat timpul cat si cheltuielile aferente procesului de uscare al adezivului care ar tine la un loc mai multe piese de lemn care sa formeze curbura dorita sunt eliminate. Costurile materiei prime sunt de asemenea reduse deoarece se foloseste o cantitate de material considerabil mai mica pentru a abtine o anumita forma prin curbare decat prin taierea acesteia dintr-o placa mai mare.

Imaginea II.4. Element curbat Imaginea II.5. Elemente curbate

pe sparatul unui scaun. ce servesc ca elemente de sustinere

Pentru a putea garanta succesul deplin al operatiei de curbare este necesar sa se indeplineasca urmatoarele conditii:

Alegerea speciei lemnoase care se potriveste cel mai bine pentru curbarea propusa.

Debitarea si finisarea corespunzatoare a reperelor ce urmeaza sa fie curbate.

Plastifierea reperelor astfel incat sa obtina cel putin un grad minim de plasticitate si sa nu apara crapaturi sau rupturi la curbare.

Curbarea cu metoda si dispozitivele potrivite.

Uscarea corecta astfel incat reperele sa nu-si schimbe forma obtinuta.

II.2. Curbarea lemnului solid in mestesugul lumii lemnului

Din punct de vedere cronologic, istoria omenirii este impartita in ere care si-au primit numele in functie de un anumit material care a fost caracteristic pentru acea perioada, de exemplu: epoca pietrei, fierului, etc. Aceasta impartire a timpului se bazeaza pe descoperirile arheologice si cum lemnul nu se regaseste in astfel de situatii este foarte simplu de omis faptul ca exista si o asa numita epoca a lemnului, aceasta incepe de la primele semne ale existentei omenirii pe pamant si continua pana in zilele noastre.

Lemnul a fost folosit de catre om pentru a realiza unelte, arme sau pe post de material de constrcutie pe parcursul a mii de ani. Poate cel mai bun exemplu care vine ca sustinere a afirmatiei anterioare este reprezentat de skiurile Kalvträsk (Imaginea II.6), acest set de skiuri are o vechime de aproximativ 5200 de ani, ceea ce inseamna ca sunt mai vechi decat faimoasele piramide din Egiptul antic. Partea din fata a acestor skiuri a fost indoita intr-o forma curbata cu ajutorul caldurii de la un foc deschis cu scopul de a da skiurilor o utilitate mai buna in conditiile in care erau folosite, si anume mersul prin zapada.

Imaginea II.6. Skiurile Kalvträsk, cu o vechime de aproximativ 5200 de ani,

sunt in prezent expuse la muzeul Västerbotten din Umeå, Suedia.

Cea mai timpurie dovada a existentei mobilierului din lemn a fost gasita in egiptul antic. Conditiile exceptionale de conservare care se regasesc in interiorul mormintelor regale au permis ca lumea moderna sa aiba acces la niste exemple de maiestrie greu de imaginat. Aceste piese de mobilier par sa dateze aproximativ din anul 3000 i.Hr. si sunt dovada vie a existentei oamenilor priceputi in prelucrarea lemnului. Dupa multe cercetari si studii in domeniu s-a ajuns la un accord in vederea datei aproximative de la care s-a inceput folosire procedeului de curbare a lemnului, iar acesta este 1000 i.Hr.

Scaunul Klismos (Imaginea II.7) are un design simplu, elegant si suplu. Acest scaun a fost realizat in Grecia antica si apoi a fost imbunatatit atat in secolul 5 i.Hr cat si in secolul 4 i.Hr.si din componenta sa fac parte patru picioare curbate spre exterior pentru a oferi stabilitate maxima si doua elemente verticale curbate ale spatarului unite intre ele prin alte doua elemente curbate transversale. In ciuda faptului ca acest tip de scaun are foarte multe reinterpetari si isi face aparitia pe foarte multe vase antice si diverse edificii nu s-a pastrat niciun scaun original pana in zilele noastre. In imagini si reprezentari, scaunul are aceeasi forma de baza dar nu exista niciun desen sau idee despre modul de realizare. Datorita formei foarte distincte a picioarelor s-a ajuns la concluzia ca cel mai probail s-a folosit procesul de curbare prin aburire. (Richter, 1996).

Imaginea II.7. Scaunul Klismos pe o

sculptura din Atena, aprox. 430 i.Hr.

In materie de aplicabilitate din design , procedeele de curbare a lemnului si-au atins, cel mai probabil, punctul culminant din vechime pe perioada Vikingilor. Atat ambarcatiunile vikinge cat si lacasurile de cult sunt dovada unor realizari extraorinare care sunt greu de depasit chiar si in zilele noastre. Ambarcatiunile sunt cele mai impresionante deoarece acestea erau construite la perfectie respectand niste norme si standarde foarte riguroase si aplicand niste tehnologii din care desgineri moderni de yachturi inca se mai inspira.

Denumirea de ambarcatiune vikinga nu se refera doar la un anumit tip de barca ci este o denumire colectiva care include toate tipurile de barci construite incepand de la sfarsitul secolului al 8-lea si pana la inceputul secolului al 12-lea in concordanta cu bogata tradie noridca de constructie a ambarcatiunilor. Ambarcatiunile vikinge erau construite fara nici o cabina, avand carma laterala si un singur catarg. Deplasarea se realiza atat prin vaslire cat si prin folosire panzelor. Scheletul constituent al barcilor era tinut la un loc de elemente transversale ( puntea, realizata din cherestea si cateva grinzi paralele intre ele) si elementre longitudinale de intarire. Barcile lungi, poate cel mai impresionant tip de ambarcatiune construita si utilizata de vikingi, (Imaginea II.8) erau in principiu barci de razboi care erau incarcate cu un numar maxim de razboinici care serveau si ca vaslasi. In cazul in care survenea o infrangere in batalie, barcile se putea conduce la fel de usor cu doar o treime sau un sfert din echipajul initial.

Imaginea II.8. Barca lunga vikinga, cunoscuta si sub numele de

nava de razboi.

Vikingii erau constructori de nave foarte priceputi, care bazandu-se pe experienta si traditie, erau capabili sa construiasca atat barci specifice pentru anumite mari pe care le navigau cat si barci care se puteau folosi atat pe mare dar si pe canale inguste.

Un lucru foarte interesant, care merita mentionat, este faptul ca vikingii nu utilizau caldura pentru a face lemnul maleabil. Metoda folosita de acestia se numeste „la ochi” iar cele mai caracteristice trasaturi ale acesteia constau in faptul ca nu se folosesc planuri sau desene si constructia de incepe de la exterior spre interior, adica se incepe de la rama. In general speciile lemnoase folosite erau lemnul de stejar in partea sudica a peninsulei scandinave si lemnul de pin in partea nordica. Secretul care le-a permis constructorilor de vase vikingi sa curbeze lemn de stejar consta in divizarea busteanului pe directie longitudinala si mai ales curbarea acestuia cat timp este in stare verde sau ud. Crapand busteanul in directie longitudinala riscul de a rupe fibrele este cosiderabil mai mic decat prin ferastruire sau folosirea unui topor pentru a obtine forma dorita. Un alt factor foarte important in atingerea unor rezistente ridicate ale formelor curbate consta in utilizarea lemnului deja curbat in mod natural.

Lemnul verde, proaspat taiat, este mai dur si mai rezistent decat cel uscat si este dealtfel si mai usor de curbat. Prin impartirea busteanului in mai multe parti mici se obtineau bucati care erau in acelasi timp atat usoare si inguste cat si incredibil de rezistente. Iar cel mai mare avantaj al folosiri lemnului verde este faptul ca nu exista niciun risc ca barca sa-si modifice forma atunci cand este lansata la apa intrucat este deja construita in starea uda. Daca in zilele noastre cineva ar incerca sa construiasca o copie a unei ambarcatiuni dupa metoda vikinga si s-ar folosi de ferastrau sau nu ar aloca suficienta importanta procesului amanuntit de selectie a lemnului, in mod cert barca va fi prea grea in cel mai bun caz sau ar ceda sub actiunea valurilor.

Dupa o analiza amanuntita a tuturor datelor si informatiilor stranse despre metodele folosite de constructorii vikingi de ambarcatiuni, care au fost unii dintre cei mai mari specialisti in acest domeniu din istorie, este justificat sa se spuna ca alegerea lemnului dar mai ales a arborelui din care se va alege lemnul cu care urmeaza sa se lucreze este unul dintre cele mai importante procese premergatoare operatiei de curbare. Asadar urmatorul subcapitol este dedicat atat alegerii speciei lemnoase cat si alegerii lemnului in functie de curbarea naturala pe care deja o are.

II.3. Alegerea speciei lemnoase

Este mai mult decat clar faptul ca riscul ca lemnul sa se crape sau chiar sa se rupa pe parcursul procesului de curbare este in stransa legatura cu abilitatea naturala a lemnului sa suporte o schimbare de forma, iar acest lucru se caracterizeaza prin gradul de plasticitate al fiecarei specie lemnoasa. Deci alegerea speciei lemnoase si alegerea metodei de plastifiere sunt operatii pregatitoare vazute ca fiind de o importanta vitala pentru buna desfasurare a procesului de curbare.

Lemnul de foioase este, in principiu, mai potrivit pentru o schimbare a formei la nivel plastic decat lemnul de rasionoase. Mai mult decat atat, foiasele cu porii dispusi inelar sunt mai bune decat cele cu porii imprastiati. Cel mai important motiv pentru care foiasele sunt mai potrivite pentru scopurile de curbare decat rasinoasele consta in diferentele foarte mari de proprietati mecanice intre lemnul timpuriu si cel tarziu. Foioasele cu o desnitate ridicata raspund, de cele mai multe ori, mai bine la curbare decat cele cu o densitate mai scazuta.

Urmatoarele intrebari care se pun dupa alegerea speciei este daca procesul de curbare poate fi afectat de conditiile de crestere al arborelui si daca zona din care se extrage reperul are importanta. Pareri sunt multe dar conform studiului realizat de Steven si Turner (1970) reiese ca aceste caracterstici au o importanta de plan secund si nu pot influenta curbarea intr-atat incat sa necesite o analiza amanuntita. Cel mai important este ca lemnul sa nu aiba defecte sau noduri, desi anumite noduri cu diamentru scazut se pot tolera in partea interioara curbarii atata timp cat raza curbarii nu este foarte mica dar orice nod pe partea exterioara, unde lemnul este intins, are efecte dezastroase asupra rezistentei. Desigur, pentru a obtine o curbare cat mai durabila si rezistenta ridicata se poate folosi lemn deja curbat natural (Imaginea II.9).

Imaginea II.9. Diverse forme speciale Imaginea II.10. Arbori tineri curbati

curbate natural ce erau folosite in special pentru a obtine diverse

special pentru ambarcatiuni. forme dorite.

Intrucat fibrele lemnoase cresc deja curbate rezistentele mecanice sunt ridicate iar aceste forme naturale erau folosite in special de constructorii de ambarcatiuni. Cei mai priceputi dintre ei curbau arborii tineri pentru a obtine exact formele dorite (Imaginea II.10) si pentru a-si facilita si imbunatati procesul de constructie.

In Tabelul II.1. sunt diverse specii lemnoase care au fost studiate de Stevens si Turner (1970). Raza minima de curbare s-a stabilit ca fiind raza la care apar crapaturi la nu mai mult de 5% dintre repele testate. La alegerea speciei lemnoase trebuie luate in considerare nu numai capacitatile de curbare dar si alti factori cum sunt aspectul, rezistenta dupa obtinerea formei dorite sau care este disponibilitatea speciei in cauza. In practica sunt anumite specii preferate. Prima este fagul, urmata in deaproape de stejar si mestecan. In cazul realizarii echipamentelor sportive sunt preferate frasinul si ulmul.

Tabelul II.1. Razele minime de cubura pentru diverse specii de lemn. Incercarile s-au realizat pe repere de 25,4 mm grosime care au avut un grad de plasticitate maxim. (Stevens si Turner, 1970).

II.4. Industrializarea curbarii lemnului solid

Procesul industrial al curbarii lemnului a adus numai beneficii de la implementare si pana in prezent. Nu numai ca s-a imbunatatit stabilitatea structurala a designuluidar deseurile de material rezultate in urma obtinerii unumitor forme s-a redus drastic. Din punct de vedere comercial si economic, pretul productiei a fost redus prin eliminarea pierderilor si reducerea fortei de munca necesare iar toate aceste lucruri au conferit mobilierului cu elemente curbate un avantaj asupra mobilierului realizat prin procese mai conventionale care necesita taiere si apoi imbinare. Cel mai mare avantaj al procesului de curbare a survenit la mijocul secolului al nouasprezecelea, cand prin productia in masa, mobilierul curbat a invadat piata.

In Anglia, la inceputul secolului al optsprezecelea, a inceput dezvoltarea tehnologiilor de curbare a lemnului odata cu prima patentare si a continuat pana cand, 140 de ani mai tarziu, prin munca lui Michael Thonet procesul se pregatea sa intre in productia industriala de masa.

Primele trei patente inregistrate au fost intre anii 1720 si 1794 de catre Cumberland, Jacksson si Vidler, iar acestea utilizau metode diferite de inmuiere a lemnnului, acestea fiind fierberea, aburirea si incalzirea la o sursa deschisa de caldura. (Simonikova, 1992). Aceste trei procesuri au fost folosite in principal in constructia de ambarcatiuni. In primul deceniu al secolului al nouasprezecelea au fost doua incercari de a folosi procesul de curbare a lemnului in constructia de mobilier, belgianul Jean Joseph Chapuis pentru scaune si americanul Samuel Gragg pentru comode. Ambele incercari au fost incununate cu succes.

II.4.1. Procesul Thonet

Niciun alt proces care include tratamentele termo-hidro-mecanice ale lemnului nu a avut parte de un asa mare succes global ca procesul Thonet, care este un proces industrial de curbare a lemnului inventat de creatorul german de mobilier, al carui nume is si poarta, Michael Thornet (1796 – 1871). Procesul consta in inmuierea lemnului prin umezire si incazlire si curbarea acestuia in asa fel incat alungirea lemnului de pe partea exterioara a curburii, unde acesta este supus tractiunii, este redusa la minim si implicit riscul de rupere sau de aparitie al crapaturilor este de asemenea minimizat. Inainte de uscare, lemnul curbat este fixat intr-o matrita din fier special conceputa in forma finala a reperului curbat (Imaginile II.11 si II.12).

Imaginea II.11. Matrita metalica pentru stabilizarea Imaginea II.12. Metrita metalica

si unscarea unei forme curbate din lemn. multifunctionala, atat pentru

lemn cat si pentru fier.

Mestesugul curbarii lemnului prin incalzirea si umezirea materialului are, asa cum s-a mentionat anterior, o vechime de mii de ani asa ca se poate ridica intrebarea ce a adus Micheal Thonet atat de inovativ procesului incat sa-l faca atat de cunoscut si de succes.

Thonet a folosit in principal lemnul de fag, lemn care stia ,din testele practice pe care le-a realizat de-a lungul timpului ca si creator de mobilier, ca este mult mai potrivit pentru curbare decat alte specii. Inmuierea materialului prin aburire si incalzire era o metoda binecunoscuta. Realizarea lui Thonet a fost faptul ca, pe timpul curbarii, partea exterioara a curbei lemnului, care este supusa intinerii, era sustinuta de o banda metalica care prevenea aparitia intinderea neprevazuta si astlfel reducea riscul de aparitie al crapaturilor pe care lemnul le-ar putea dezvolta in timpul curbarii. Procesul Thonet s-a folosit de capacitatea lemnului aburit local de a fi comprimat foarte tare in directia fibrelor intr-un fel care nu s-a mai realizat pana atunci. Iar un alt element nou pe care Thonet l-a adaugat procesului de curbare a fost faptul ca indoirea lemnului se realiza intr-o matrita care avea sa dea si forma finala a curburii ( Imaginile II.13 si II.14). Asadar, reperele erau fixate in matrite si uscate cu aer cald. Dupa ce procesul de uscare avea loc, lemnul nu numai ca isi pastra forma obtinuta dar devenea de asemenea si mult mai rezistent datorita densitatii ridicate din zona curbata.

Imaginea II.13. Fixarea reperului de lemn Imaginea II.14. Curbarea si fixarea

in matrita pe care urmeaza sa fie indoit si lemnului pe matrita cu ajutorul unor

care va servi si ca loc de uscare. cleme.

In foarte dezvoltata lume a designului din secolul al nouasprezecelea, mobilierul din lemn curbat al lui Thonet era vazut ca fiind un fenomen paradoxal. Printr-un design suplu si gratios, complet diferit fata de ceea ce exista pe piata pana la momentul acela, mobilierul curbat a spart incet incet tiparele si si-a facut loc printre traditiile caracterstice ale celei de-a doua jumatati a secolului. Aceste obiecte de mobilier, realizate de Thonet, sunt primele piese de mobilier realizate in masa, dezvoltate pentru noua piata care lua nastere prin cerintele noii societati, mobilierul noii generatii. In cursurile sau prezentarile de istorie al mobilierului, acestea joaca un rol nu foarte bine definit, obscur chiar, datorita poate faptului ca nu se pot incadra intr-o anumita perioada. Unele dintre aceste tipuri de scaune sunt, inca, printre cele mai frecvent produse si cerute piese de mobilier.

Thonet, prin initiativa si dorinta sa de a se dezvolta, a realizat mai multe experimente pe anumite produse laminate din lemn dar si pe lemn solid. Iar prin intermediul acestor experimente a inceput prima productie mare, de masa, a mobilierului cu piese care se pot inlocui sau schimba in caz de necesitate. El a introdus designul simplu si funtional care i-a permis sa atinga atat succesul comercial cat si cel tehnic.

II.4.2. Scaunul Viena

Inventatorul scaunului Viena vine, in mod ironic, din Germania. Michael Thonet, nascut in anul 1796 in Boppard pe Rin, unde s-a si stabilit ca si creator independent de mobilier in 1819. Michale Thonet a fost primul om care a adaptat arta curbarii lemnului din industria constructoare de ambarcatiuni in creatia de mobilier. In anul 1830 acesta si-a inceput primele experimente cu lemnul curbat. Mai multe foi de furnire erau asezate pararel pe fibra si erau apoi taiate in fasii de marimi identice. Acestea erau fierte intr-o solutie de lipici si odata ce erau lipite impreuna si atasate pe metal sau lemn erau curbate in forma dorita. Aceasta prima metoda incercata avea doua defecte majore: de cele mai multe ori materialul pliat isi pierdea din grosime atat de mult incat era necesara adaugarea altor foi de furnire si lipiciul avea un caracter higrosopic ceea ce facea ca materialul sa atraga umiditate din mediu si sa-si piarda rezistenta. In anul 1836 a dezvoltat propria metoda de a curba lemnul pentru a produce ceea ce a devenit cunoscut mai tarziu ca scaunul din lemn stratificat Boppard, prima sa mare realizare. Iar dupa ce a patentat aceasta metoda in Franta, Anglia si Belgia a inceput sa devina cunoscut pe piata producatoare de mobilier curbat.

In anul 1842, Thonet is muta activitatea la Viena la sfatul cancelarului austriac Klemens Metternich. Pana in anul 1849, deja cooperase cu Carl Leistler al decorarea interioara a palatului Lichtenstein din Viena unde si-a adus un aport considerabil la realizarea parchetului si a unumitor piese de mobilier. Tot in anul 1842 Thonet a primit recunoastere imperiala pentru procedeul de curbare a lemnului de fag prin care lemnul este curbat, sub actiunea aburului, si apoi presat in anumite matrite metalice.

In 1849, impreuna cu fii sai, Thonet deschide un atelier specializat in productia de mobilier curbat, in special scaune cu design simplu destinate productiei de masa. Primul model, cunoscut sub denumirea de Numarul 4 (Imaginea II.15) a fost expus la Asociatia comerciala a Austriei de jos si a devenit cunoscut publicului larg iar prima comanda a venit din partea cafenelei Daum din Viena. Urmatoarea comanda de 400 de scaune a fost pentru un hotel din Budapesta. In anul 1856 s-a puz bazele unei noi fabrici in Korirschan, in mijocul unei bogate paduri de fag, in Viena ramanand doar un depozit.

In 1856, o versiune mai simpla a scaunului Numarul 4, denumita Numarul 14 (Imagimea II.16), a fost desenata si construita in Koritschan, un scaun ce avea sa devina produsull principal al companiei Thonet. Pana in anul 1900, compania fratilor Thonet produsese deja faimosul lor scaun de cafeanea, Numarul 14, in mai mult de 50 de milioane de exemplare. In ceea ce a fost perioada cea mai diversa din istoria mobilierului, perioada in care fiecare cauta sa ia ce e mai bun din fiecare domeniu sau stil si sa le combine intru obitinera unui mobilier sofisticat a fost creat acest scaun, scaun care nu avea cum sa fie mai simplu. Este usor, estetic, foarte elegant dar si practic in vederea livrari si transportului deoarece se livra demontat in bucati ce se puteau asambla in timp de cateva minute fara nici o dificultate.

Imaginea II.15. Scaunul No.4, prima Imaginea II.16. Scaunul No.14 Viena, o

comanda independata a lui Thonet versiune mai simpla a lui No.4 dar cu un

de curbarea lemnului. Exprima perfect impact urias. Este scaunul care a lansat

posibilitatile oferite de curbarea pe piata designul curbat al mobilierului.

lemnului.

Michael Thonet a murit in anul 1871 iar la timpul mortii sale, compania sa avea 4000 de anagajati si o productie anuala de 450 000 obiecte de mobilier. Fabrica actuala a familiei Thonet a luat fiinta in anul 1869 in Frankenberg si pana in prezent modelele vechi sunt realizate impreuna cu cele noi.

II.5. Folosirea furnirelor pentru obtinerea formelor curbate

Furnirele au fost folosite inca din antichitate in diverse activitati dar foarte tarziu cu scopul de a contrui efectiv ceva din acestea. Cel mai adesea se utilizau ca strat de acoperire al unui lemn de o calitate mai slaba sau cu scop decorativ. Printrele primele scopuri ale furnirelor s-au numarat in principal decorarea sau placarea mai degraba decat crearea unor forme curbate sau pentru cresterea rezistentei.

Cea mai timpurie evidenta de utilizare a furnirelor vine dintr-un mormant egiptean dar se cunosc foarte putine despre metodele utilizate pentru obtinerea acestora sau ce fel de adeziv s-a folosit. Cert este faptul ca aproximativ 3500 de ani mai tarziu foile de furnir inca sunt lipite de peretii mormantului. Desi exista reprezentari murale gasite in Teba care exemplifica producerea unui placaj inca nu se cunoaste daca egiptenii foloseu caldura sau umiditate in combinatie cu vreo forta mecanica, adica un tratament termo-hidro-mecanic, atunci cand realizau furnire sau diverse constructii din acestea.

Cu cateva exceptii, abia in secolul al nouasprezecelea se regasesc furnire sau fasii subtiri de lemn folosite si cu alte scopuri decat cel de a acoperi suprafete plate sau de a decora anumite forme curbate. Asa cum s-a mentionat anterior, in prima jumatate a secolului al nouasprezecelea Michael Thonet si alte cateva persoane au realizat anumite experimente si incercari cu forme si constructii din furnire suprapuse, uneori in combinatie cu lemn solid sau metal, pentru a crea forme curbate.

Creatorul de mobilier belgian Jean Joseph Chapuis a realizat scaune din lemn laminat curbat (Imaginea II.17), acesta folosit lemn laminat atat pentru picioare, spatar cat si pentru manere. O serie de patru repere de lemn solid, fiecare de aproximativ 6 mm grosime, erau lipite impreuna, curbate, prinse intr-o matrita si uscate, apoi ajustate la forma exacta dorita cu un raspel. Nu s-a putut stabili cu exactitate metoda pe care Chapuis a folosit-o pentru a curba reperele dar cel mai probabil este vorba despre aburire.

Un foarte priceput mestesugar din Boston, Samuel Gregg, prin inovativitatea si inventivitatea sa, a patentat in 1808 ceea ce este cunoscut sub numele de scaunul elastic (Imaginea II.18). Desi a inceput ca un realizator de scaune obisnuit, realizand popularele scaune Windsor, la inceputul secolului al nouasprezecelea, Gragg este cunoscut si apreciat in istoria creatiei de mobilier pentru al sau scaun elastic care implica o noua metoda de curbare a lemnului solid pentru a realiza spatarul, sezutul si picioarele din fata. Desi stilatul produs realizat imparte anumite elemente comune cu popularele scaune ale timpului sau, acesta isi depaseste perioadasi dainueste in timp.

Imaginea II.17. Scaun cu manere, Imaginea II.18. Scaunul elastic, realizat

realizat de Jean Chapuis in anul de Samuel Gragg in anul 1808. Se poate

1805 (aproximativ) din lemn laminat vedea faptul ca partile exterioare ale

maro de mahon. spatarului, sezutului si picioarele din

fata sunt realizate din acelasi reper.

John Heinrich Belter a folosit aceeasi metoda si aceleasi principii ca Michael Thonet dar si-a dezvoltat ideile in Statele Unite ale Americii. Patentele sale sunt legate de curbarea lemnului laminat in doua directii in jurul unor forme pentru a realiza spatare de scaun sau rame de pat. Acesta e emigrat din Germania in anul 1833 iar in anul 1844 este deja inscris la camera de comert din New York ca producator de mobilier. Numele acestuia este asociat frecvent cu cele mai bune exemple de mobilier care urmareau renasterea Rococoului. Este cunoscut in special pentru munca depusa in laminarea lemnului de palisandru. Lemnul de palisandru este foarte dens si fragil, lucruri care fac sa fie foarte dificil de lucrat cu el si mai ales de curbat. Dezvoltarea tehnicilor de laminare a lemnului in scopul curbarii elimina aceasta problema si i-au permis lui Belter sa realizeze niste forme care erau mult mai curbate decat orice se realizase pana la momentul respectiv din lemn solid de palisandru.

Realizarea unei rame exterioare a unui pian este un exemplu foarte interesant de aplicativitate a procesului de curbare a produselor laminate. Este ceva ce nu se poate realiza din lemn solid. Rama este de obicei realizata prin laminarea unor fasii flexibile de lemn solid in forma dorita, un proces ce a fost dezvoltat de Theodore Steinway in anul 1880.

Rama unui pian mare Steinway (Imaginea II.19) este realizata intr-o singura bucata din optsprezece straturi de furnir din lemn de artar, fiecare avand aceeasi lungime ca lungimea perimetrului ramei, care sunt lipite impreuna si presate intr-o presa speciala realizata de Theodore Steinway. Inainte de aceasta metoda, rama pianului era realizata prin unirea mai multor bucati, dar laminarea confera o stabilitate si o rigiditate extraordinara. Aceasta metoda a fost adoptata si de alti producatori de pianuri si este in prezent cea mai utilizata metoda de producere a pianurilor.

Aspectele economice alte folosirii foilor de furnire pentru a obtine o suprafata dorita de o anumita forma curbata in detrimentul utilizarii grosimii lemnului solid nu a aparut pana la jumatatea celui de-al nouasprezecelea secol. In timpurile mai vechi, cel mai probabil, cand costurile muncii erau scazute si transportul materialelor de dimensiuni mari era foarte greu de realizat si de asemenea foarte costisitor si lent iar aspectele economice ale utilizarii furnirelor erau probabil neglijate sau vazute ca fiind nesemnificative. Dar in zilele noastre, majoritatea produselor se realizeaza mult mai ieftin si mai rapid daca sunt produse din lemn solid. Este doar superioritatea lemnului laminat in ceea ce consta frumusetea, durabilitatea si rezistenta ceea ce a facut ca aceasta metoda se pastreze si sa se mai utilizeze si in prezent pentru realizarea anumitor piese de mobilier indiferent de costurile aditionale.

Imaginea II.19. Vedere de sus asupra ramei unui pian mare Steinway Model D.

CAPITOLUL III. VARIANTE DE AMENAJARE PROPUSE

III.1. Varianta 1

Amenajarea unei sali de lectura cu scaune cu elemente curbate si masuta de cafea cu elemente curbate. In aceasta prima varianta de amenajare sunt folosite scaune cu elemente curbate, masute de cafea cu elemente curbare si corpuri de iluminat cu elemente curbate. Toate aceste obiecte de mobilier fiind realizate din CompWood de fag iar amenajarile sunt realizate in programul de design asistat de calculator (CAD) AutoDesk 3ds Max Design.

Imaginea III.1. Dispunere in amenajare a scaunului cu elemente curbate si a masutei de cafea cu elemente curbate. Acestea sunt reprezentate intr-un colt al unei sali de lectura, in fundal se poate observa un raft cu carti.

Amenajarea este realizata in softul de design asistat de calculator (CAD) AutoDesk 3ds Max Design.

Atat scaunele cat si masuta se pot dispune si folsi atat independent cat si in grupuri in functie de necesitatile si dorintele utilizatorului. Dispunerea acestora intr-o amenajare a unei sali de lectura sau de ce nu, chiar a unei sali de studiu, are ca scop readucerea oamenilor inapoi spre cultura.

Imaginea III.2. Vedere din partea stanga asupra ansamblului format din doua scaune cu elemente curbate si masuta de cafea cu elemente curbate. Scaunele sunt dispuse in pereche cu masuta intre ele.

Imaginea III.3 Vedere in perspectiva asupra amenajarii. Se pot observa clar cele doua scane cu masuta si lampa.

Imaginea III4. Vedere de sus asupra amenajarii. Se pot observa cele doua scaune, masuta de cafea si lampa.

Imaginea III.5. Vedere din fata asupra amenajarii.

Imaginea III.6. Vedere din lateral asupra amenajării

Imaginea III.7. Vedere in perspectiva, Imaginea III.8. Vedere in perspectiva,

marita, asupra masutei de cafea. marita, asupra scaunului.

Toate imaginile de până acum sunt randări realizate în programul de design asitat de calculator (CAD) AutoDesk 3ds Max Design. Toate corpurile de mobilier, corpul de iluminat, podeaua, peretii si cărtile din raft au fost construite de mine in același program. Pentru raftul de cărti am folosit lemn de nuc iar podeaua a fost realizata din lemn de cireș. Așa cum este mentionat anterior, corpurile de mobilier din lemn curbat sunt realizate din CompWood de fag.

Imaginea III.9. Vedere din fata inainte de randare

Imaginea III.10. Vedere de sus inainte de randare

Imaginea III.11. Vedere din lateral inainte de randare

III.2. Varianta 2

Amenajarea unei sali de lectura cu scaune cu elemente curbate si masuta de cafea cu elemente curbate. In aceasta prima varianta de amenajare sunt folosite scaune cu elemente curbate, masute de cafea cu elemente curbare si corpuri de iluminat cu elemente curbate. Toate aceste obiecte de mobilier fiind realizate din CompWood de fag iar amenajarile sunt realizate in programul de design asistat de calculator (CAD) AutoDesk 3ds Max Design.

Imaginea III.12. Dispunere in amenajare a scaunului cu elemente curbate si a masutei de cafea cu elemente curbate. Acestea sunt reprezentate intr-un colt al unei sali de lectura, in fundal se poate observa un raft cu carti.

Amenajarea este realizata in softul de design asistat de calculator (CAD) AutoDesk 3ds Max Design.

Atat scaunele cat si masuta se pot dispune si folsi atat independent cat si in grupuri in functie de necesitatile si dorintele utilizatorului. Dispunerea acestora intr-o amenajare a unei sali de lectura sau de ce nu, chiar a unei sali de studiu, are ca scop readucerea oamenilor inapoi spre cultura

Imaginea III.13. Vedere in perspectiva, marita, asupra scaunului cu elemente curbate din partea dreapta a amenajarii si asupra masutei.

Imaginea III.14. Vedere de sus asupra amenajarii.

CAPITOLUL IV. PROIECT TEHNIC PENTRU DOUĂ PRODUSE DINTR-O AMENAJARE

IV.1. Proiect tehnic pentru un scaun cu elemente curbate

Proiectul tehinc se realizează pentru corpul de mobilier denumit „Scaun cu elemente curbate” prezentat in prima variantă de amenajare propusă.

IV.1.1. Desen de perspectivă (3D) cu variante cromatice

Variantă cromatică cu lemn de fag Variantă cromatica cu lemn de cireș

și stofă cu model cadrilat de culoare și stofă cu model cadrilat de culoare

maro. gri.

Variantă cromatică cu lemn de stejar Variantă cromatică cu lemn de fag și

și stofă in doua culori diferite. Spătarul stofă in doua culori diferite. Spătarul

din stofă verde închis unifrom si șezutul din stofă verde deschis uniform si

din stofă de culoare galbenă unifromă. șezut de culoare galbenă unifromă.

IV.1.2. Vederi si sectiuni, scara 1:10

A – A

Cele 3 vederi ale scaunului cu elemente curbate (vedere din fată, vedere din lateral și vedere de sus) realizate în programul de design asistat de calculator (CAD) AutoDesk AutoCAD.

Sectiunea A – A Sectiunea B – B

IV.1.3. Detalii care pun in evidenta solutiile constructive si de imbinare, scara 1:1

IV.1.4. Nomenclatorul de repere al scaunului

IV.1.5. Descriere tehnica a scaunului cu elemente curbate

Scaun cu elemente curbate

Constructie

Scaunul cu elemente curbate se execută într-o singură dimensiune, în construcție fixă și se compune din următoarele repere (din nomenclator):

Element spătar

2 elemente brate

2 elemente de legătura

2 elemente picioare

Ramă șezut

Placă șezut

Stofă șezut

Stofă spătar

Executie, materiale, accesorii

Materiale:

Elementul spătar, cele doua elemente brațe, cele doua elemente de legatura, cele două picioare și rama șezutului(toate elementele care formeaza “scheletul” scaunului) se executa din CompWood de fag cu diametrul de 30 mm. Placa șezutului de realizează din placaj cu grosimea de 5 mm.

Stofa șezutului și stofa spătarului se realizează dintr-un material textil cu grosimea de 3 mm.

Elementul spătar se îmbină cu cele două elemente picioare prin intermediul a două șuruburi confirmatoare ( 7×40) pe fiecare parte. Elementele de legătură se prind de picioare cu câte un șurub confirmator ( 7×40) pe fiecare parte. Elementele braț se fixează cu câte două șuruburi confirmatoare ( 7×40) pe fiecare parte în elementele picior și cu câte un șurub confirmator ( 7×40) de fiecare parte în elementrul spătar. Placa șezutului se fixează în scobitura de pe rama șezutului peste care vine stofa șezutului. Stofa spătarului se fixează peste elementul spătar.

Accesorii:

Șuruburi confirmatoare ( 7×40) cod catalog 110.03.91 (Sea) (22 buc)

Executie:

Toate suprafetele din CompWood trebuiesc șlefuite și finisate iar placa șezutului trebuie doar șlefuită.

Finisare

Suprafetele se lacuiesc cu lac transparent pe bază de apă UM 1178+0025. Suprefetele vor fi grunduite in prealabil cu șpaclu I UK 1168 si II UK 1168.

Marcare, livrare, transport, depozitare

Se vor respecta conditiile impuse de standardele in vigoare: SR 770:2006. Mobilier din lemn. Conditii de calitate STAS 770-91.

Ambalare

La ambalare se vor respecta conditiile prevazute de standardul SR 5223:2008. Mobilier din lemn. Conditii generale de ambalare. Detalii privind ambalarea si materialele necesare pentru ambalare au fost convenite impreuna cu beneficiarul.

IV.2. Proiect tehnic pentru o masuta de cafea

Proiectul tehinc se realizează pentru corpul de mobilier denumit „Măsută de cafea cu elemente curbate” prezentat in prima variantă de amenajare propusă.

IV.2.1. Desen de perspectiva (3D) cu variante cromatice

Variantă cromatică cu lemn de fag Variantă cromatică cu lemn de cireș și

și stofă cu model cadrilat de culoare stofă din tweed.

maro.

Variantă cromatică cu lemn de stejar Variantă cromatică cu lemn de nuc cu

cu finisaj mat și stofa uniformă de finisaj lucios și stofă uniformă de

culoare gri. culoare roșie.

IV.2.2. Vederi si sectiuni, scara 1:10

Cele 3 vederi ale măsutei de cafea cu elemente curbate (vedere din fată, vedere din lateral și vedere de sus) realizate în programul de design asistat de calculator (CAD) AutoDesk AutoCAD.

Sectiunea A – A Sectiunea B – B

IV.2.3. Detalii care pun in evidenta solutiile constructive si de imbinare, scara 1:1

IV.2.4. Nomenclator de repere pentru masuta de cafea cu elemente curbate

IV.2.5. Descriere tehnica a masutei de cafea

Măsută de cafea cu elemente curbate

Constructie

Măsuta de cafea cu elemente curbate se execută într-o singură dimensiune, în construcție fixă și se compune din următoarele repere (din nomenclator):

2 elemente picior

Element de legatura

Blat

4 elemente distantiere

Polită

Executie, materiale, accesorii

Materiale:

Cele două elemente picior, elementul de legătură si cele 4 elemente distantiere se executa din CompWood de fag cu diametrul de 30 mm. Blatul se realizează din sticla cu grosimea de 5 mm.

Polita se realizează dintr-un material textil cu grosimea de 3 mm.

Cele doua elemente picior se fixeaza intre ele prin intermediul elementului de legatura cu ajutorul a doua suruburi confirmatoare ( 7×40), cate unul de fiecare parte. Cele 4 elemente distantiere se fixeaza prin lipire iar ulterior blatul de sticla de lipeste de aceste. Stofa care serveste ca polita se monteaza peste elementul de legatura.

Accesorii:

Șuruburi confirmatoare ( 7×40) cod catalog 110.03.91 (Sea) (2 buc)

Super glue cod catalog 2020.11.15 (Entac)

Executie:

Toate suprafetele din CompWood trebuiesc șlefuite și finisate.

Finisare

Suprafetele se lacuiesc cu lac transparent pe baya de apa UM 1178+0025. Suprefetele vor fi grunduite in prealabil cu spaclu I UK 1168 si II UK 1168.

Marcare, livrare, transport, depozitare

Se vor respecta conditiile impuse de standardele in vigoare: SR 770:2006. Mobilier din lemn. Conditii de calitate STAS 770-91

Ambalare

La ambalare se vor respecta conditiile prevazute de standardul SR 5223:2008. Mobilier din lemn. Conditii generale de ambalare. Detalii privind ambalarea si materialele necesare pentru ambalare au fost convenite impreuna cu beneficiarul.

CAPITOLUL V. PROIECT TEHNOLOGIC PENTRU UN PRODUS DIN AMENAJARE

V. Proiect tehnologic pentru un scaun cu elemente curbate

Proiectul tehnologic se realizează pentru corpul de mobilier denumit „Scaun cu elemente curbate” prezentat in prima variantă de amenajare propusă și al cărui proiect tehnic s-a realizat la începutul capitolului anterior.

V.1. Calculul necesarului de materii prime

V.2. Calculul suprafetelor tehnologice

V.3. Fisa consumurilor de materii prime si materiale

V.4. Fise plan operatii

CAPITOLUL VI. ASPECTE ECONOMICE

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

Bibliografie carti

D.H. ANGELSKI – „Comparative analysis of methods for plastification of solid wood” (2014)

M. NORIMOTO, J. GRILL – „Wood fiber sci” (1992)

S. HON, N. SHIRAISHI – „Wood and cellulosic chemistry” (1991)

W. STEVENS, N. TURNER – „Wood bending Handbook” (1970)

L. VORREITER – „Holzforschung” (1949)

SOCHOR, RAJCAN – „Bibliography of Agriculture (1963)

NIKOLOV, RAISHEV – „Note de experimente practice” (1963)

C. SKAAR – „Water in wood” (1972)

L. SCHWARTZ – „Journal of educational psychology” (1981)

I. BRATILA, LIVIZEANU, R. FLOREA – „Desen tehnic pentru produse finite din lemn” (1980)

I. CISMARU – „Proiectarea si fabricarea mobilei de arta” (2001)

I. CISMARU – „Fabricarea mobilei de arta” (1994)

L. GURĂU – „Suport de curs”

C. HILL – „Wood modification: Chemical, Thermal and other processes” (2006)

D. SANDBERG, P. NAVI – „Introduction to Thermo-hydro-mechanical (THM) Wood Processing” (2007)

FREED, BABY – „La grande aventure des Indiens d’Amerique du Nord” (1983)

J.BUCHTER – “Introduction to Compressed Wood” (1993)

Bibliografie site-uri

http://www.janwaterston.co.uk/velo-chair-gallery/

https://www.avso.org/interior-design-ideas/cool-designer-furniture-from-wood-tie-a-knot-in-style

https://mocoloco.com/kino-guerin-is-a-master-at-bending-wood/

Friction Welding… Wood?

https://ibois.epfl.ch/page-20697-en.html

https://www.osborneindustries.com/news/the-difference-between-thermoplastic-and-thermosetting-plastic/

https://www.macchine-legno.com/es/node/202391

http://www.rockler.com/steam-bending-kit-w-free-bentwood-carryall-plan-download

https://www.alibaba.com/product-detail/RF-Moulded-plywood-press_481132860.html

http://skinboatjournal.blogspot.cl/2011/08/sand-pont-bent-wood-hats.html

Bar Gantz uses steam-bending to create twisted wood furniture

http://visitskelleftea.se/en/kalvtraskski/

http://northernwildernesskills.blogspot.cl/2011/03/siberian-hanti-skis-part-1.html

https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2530137 n (2007), CC BY 2.5

http://www.thonet.com.au/type_products/no-18-thonet-5/

http://collections.vam.ac.uk/item/O59261/armchair-chapuis-jean-joseph/

https://www.colonialsociety.org/publications/3297/samuel-gragg-and-elastic-chair

http://yost.com/art/steinway/

www.CompwoodMachines.com

http://www.bendywood.com/