Moisture swelling and shrinkage of pine wood versus susceptibility to robotic assembly of furniture elements

• Autorzy: Turbański Wojciech , Sydor Maciej , Matwiej Łukasz , Wiaderek Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.5274

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Moisture swelling and shrinkage of pine wood and susceptibility to robotic assembly of furniture elements. Background and Objectives. Processing technology, storage conditions and wood properties affect the actual dimensions of wooden elements. It was decided to experimentally check how the dimensions of samples, made of the selected wood species, will change under the influence of different storage conditions, typical for industrial environments. And especially how these changes will affect the susceptibility to assembly of upholstery frame rails that form a box joint. Materials and Methods. The tests were performed on three series of rails made of Scotch pine wood. Each tested series consisted of 12 elements. First, the five dimensions forming the box joint were measured. Then, each series was exposed to different conditions: in the industrial hall (air of RH = 29-48% and t = 16-24°C), in the compressor room (RH = 24-51%, t = 13-27°C) and outside in a covered shed (RH = 20-50%, t = 3-23°C). After 35 days the dimensions were measured again. Results. It was found that the average moisture content decreased and the dimensional deviations increased in the samples stored in the production hall and in the compressor room. In samples stored outside, the mean moisture content did not change, but the dimensional deviations increased significantly. Discussion. The storage of wooden elements increases the deviations from assigned dimensions. Exposure to repeated changes in moisture content and ambient temperature, even without changing the final moisture content of the elements, results in greater dimensional changes than storage under more stabilized conditions that reduce wood moisture content. Conclusions. The shrinkage and swelling of wood due to changes in its moisture content are not fully reversible, therefore, apart from maintaining the appropriate temperature and air humidity during storage, it is important to keep these conditions unchanged.

PL

Pęcznienie i kurczenie się drewna sosnowego a podatność na zrobotyzowany montaż elementów mebli. Wprowadzenie. Technologia obróbki, warunki przechowywania i właściwości drewna wpływają na rzeczywiste wymiary elementów drewnianych. Postanowiono eksperymentalnie sprawdzić jak zmienią się wymiary próbek, wykonanych z wybranego gatunku drewna pod wpływem różnych warunków przechowywania, typowych dla środowisk przemysłowych. A zwłaszcza jak te zmiany wpłyną na podatność na zrobotyzowany montaż ramiaków ram tapicerskich, tworzących połączenie wielowpustowe. Materiały i metody. Badania przeprowadzono na trzech seriach ramiaków z drewna sosny zwyczajnej. Każda testowana seria składała się z 12 elementów. Najpierw zmierzono pięć wymiarów tworzących połączenie wpustowe. Następnie każda seria została wystawiona na inne warunki: przechowywanie w hali przemysłowej (powietrze o wilgotności względnej 29-48% i temperaturze 16-24°C), w sprężarkowni (RH = 24-51%, t = 13-27 °C) i na zewnątrz w zadaszonej wiacie (RH =20-50%, t = 3-23°C). Po 35 dniach ponownie zmierzono te same wymiary ramiaków. Wyniki. Stwierdzono zmniejszenie średniej wilgotności oraz niewielkie zwiększenie odchyłek wymiarowych w próbkach przechowywanych w hali produkcyjnej i w sprężarkowni. W próbkach przechowywanych na zewnątrz średnia wilgotność nie zmieniła się, ale znacznie zwiększyły się odchyłki wymiarowe. Dyskusja. W analizowanych warunkach składowanie elementów drewnianych w każdym przypadku zwiększa odchyłki od wymiarów nominalnych. Narażenie na powtarzające się zmiany wilgotności i temperatury otoczenia, nawet bez zmiany końcowej wilgotności elementów, powoduje większe zmiany wymiarów niż przechowywanie w bardziej ustabilizowanych warunkach, które zmniejszają wilgotność drewna. Wnioski. Skurcz i pęcznienie drewna pod wpływem zmian jego wilgotności nie są w pełni odwracalne, dlatego oprócz zapewnienia właściwych temperatury i wilgotności powietrza przy przechowywaniu, ważne jest zachowanie niezmienności tych warunków.

Słowa kluczowe

EN

Scots pine; dimensional stability; shrinkage; swelling; robotic assembly; engineering fit

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 115
• Strony: 63--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Turbański Wojciech

• Departament of Woodworking and Fundamentals of Machine Design, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poznań, Poland and Euroline sp. z o.o. Leszno, Poland

autor

Sydor Maciej

• Departament of Woodworking and Fundamentals of Machine Design, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poznań, Poland

autor

Matwiej Łukasz

• Departament of Furniture Design, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poznań, Poland

autor

Wiaderek Krzysztof

• Departament of Furniture Design, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. AHMET K., DAI G., JAZAYERI S., TOMLIN R., 1999: Experimental procedures for determining the equilibrium moisture content of twenty timber species, Forest Products Journal, Forest Products Society, 49(1), 88–93.
• 2. FEILKE T., ZIMMER K., FROMM J., LARNØY E., 2011: Sorption behaviour of Scots pine in Northern Europe, in: Proceedings of the 7th meeting of the Nordic-Baltic Network in Wood Material Science and Engineering (WSE), Norwegian Institute for Forests and Landscape, Oslo, 131–136.
• 3. GJERDRUM P., 2008: Modeling moisture sorption and its dynamics in commercial, kiln-dried softwood boards, Drying Technology, Taylor & Francis, 26(9), 1140–1144. DOI: 10.1080/07373930802266215.
• 4. HERNÁNDEZ R. E., 2007: Moisture Sorption Properties of Hardwoods as Affected by their Extraneous Substances, Wood Density, and Interlocked Grain,” Wood and Fiber Science, 39(1), 132–145. ISO 14638, 2015: Geometrical product specifications (GPS) — Matrix model, International Organization for Standardization.
• 5. ISO 14638, 2015: Geometrical product specifications (GPS) — Matrix model, International Organization for Standardization.
• 6. JANKOWSKA A., 2018: Assessment of Sorptive Properties of Selected Tropical Wood Species, Drvna industrija, 69(1), 35–42. DOI: 10.5552/drind.2018.1733.
• 7. JANKOWSKA A., DROŻDŻEK M., SARNOWSKI P., HORODEŃSKI J., 2016: Effect of Extractives on the Equilibrium Moisture Content and Shrinkage of Selected Tropical Wood Species, BioResources, 12(1), 597–607. DOI: 10.15376/biores.12.1.597-607.
• 8. KEYLWERTH R., 1969: Praktische Untersuchungen zum Holzfeuchtigkeits-Gleichgewicht, Holz als Roh- und Werkstoff, 27(8), 285–290. DOI: 10.1007/BF02612702.
• 9. KIEN W., KORTYLEWSKI B., MIŃSKI K., PALKA Z., PORANKIEWICZ B., STANISZEWSKA A., STANISZEWSKI J., SZYMAŃSKI W., 1979: Tolerancje i pasowania wymiarów liniowych drewna w przemyśle meblarskim / Geometric dimensioning and tolerancing of linear dimensions of wood in the furniture industry, Instytut Podstaw Techniki, Wyższa Szkoła Rolnicza, Poznań, 23.
• 10. KOLLMANN F. F., CÔTÉ W. A., 1968: Principles of Wood Science and Technology. I Solid Wood, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg.
• 11. KRUŚ S., 1997: Metrologia techniczna a specyfika drewna na przykładzie układu tolerancji i pasowań / Metrology and technical specificity of wood on the example system of geometric dimensioning and tolerancing, Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Pedagogicznej w Bydgoszczy. Studia Techniczne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Pedagogicznej w Bydgoszczy, (19), 193–202.
• 12. KULIKOV I. V., 1952: Допуски и предельные калибры в деревообработке / Limits and fits in woodworking, Гослесбумиздат / [Publishing house] Goslesbumizdat, Leningrad.
• 13. KULIKOV I. V., 1968: Новое в технологии сборки изделий из древесины / New in wood product assembly technology, Лесна́я промы́шленность / Wood industry [publishing house], Moskva.
• 14. LANGRISH T. A. G., WALKER, J. C. F., 1993: Transport processes in wood, in: Primary Wood Processing: Principles and practice, J. C. F. Walker, B. G. Butterfield, J. M. Harris, T. A. G. Langrish, and J. M. Uprichard, eds., Springer Netherlands, Dordrecht, 121–152. DOI: 10.1007/978-94-015-8110-3_5.
• 15. LAURSEN J. S., ELLEKILDE L.-P., SCHULTZ U. P., 2018: Modelling reversible execution of robotic assembly, Robotica, 36(5), 625–654. DOI: 10.1017/S0263574717000613.
• 16. MAJKA J., CZAJKOWSKI Ł., OLEK W., 2016: Effects of Cyclic Changes in Relative Humidity on the Sorption Hysteresis of Thermally Modified Spruce Wood, BioResources, 11(2), 5265–5275. DOI: 10.15376/biores.11.2.5265-5275.
• 17. NOACK D., SCHWAB E., BARTZ A., 1973: Characteristics for a judgment of the sorption and swelling behavior of wood, Wood Science and Technology, 7(3), 218–236. DOI: 10.1007/BF00355552.
• 18. POPPER R., NIEMZ P., CROPTIER S., 2009: Adsorption and desorption measurements on selected exotic wood species: Analysis with the Hailwood-Horrobin model to describe the sorption hysteresis, Wood Research, Swiss Federal Institute of Technology (ETH), Institute for Building, 54. DOI: 10.3929/ethz-a-006104740.
• 19. PORANKIEWICZ B., 1989: Problemy układu tolerancji i pasowań dla przemysłu drzewnego / Issues of geometric dimensioning and tolerancing for wood industry, Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu. Rozprawy Naukowe, Wydawnictwo Akademii Rolniczej im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu, Poznań.
• 20. SIMÓN C., ESTEBAN L. G., DE PALACIOS P., FERNÁNDEZ F. G., MARTÍN-SAMPEDRO R., EUGENIO M. E., 2015: Thermodynamic analysis of water vapour sorption behaviour of juvenile and mature wood of Abies alba Mill., Journal of Materials Science, 50(22), 7282–7292. DOI: 10.1007/s10853-015-9283-7
• 21. SKAAR C., 1988: Wood-water relations, Springer-Verlag, Berlin; New York.
• 22. SPALT H., 1958: Water vapor sorption by wood, Forest Product Journal, 8, 288–295.
• 23. SYDOR M., MAJKA J., LANGOVÁ N., 2021: Effective Diameters of Drilled Holes in Pinewood in Response to Changes in Relative Humidity, BioResources, 16(3), 5407–5421. DOI: 10.15376/biores.16.3.5407-5421.
• 24. SYDOR M., ROGOZIŃSKI T., STUPER-SZABLEWSKA K., STARCZEWSKI K., 2020: The Accuracy of Holes Drilled in the Side Surface of Plywood, BioResources, 15(1), 117–129. DOI: 10.15376/biores.15.1.117-129.
• 25. VAHTIKARI K., RAUTKARI L., NOPONEN T., LILLQVIST K., HUGHES M., 2017: The influence of extractives on the sorption characteristics of Scots pine (Pinus sylvestris L.), Journal of Materials Science, 52(18), 10840–10852. DOI:10.1007/s10853-017-1278-0 WAGENFÜHR R., 2006: Holzatlas, Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag,
• 26. WELLING J., 1996: Zur Ermittlung der Trocknungsqualität von Schnittholz / Assessment of drying quality of sawn timber, Holz als Roh - und Werkstoff, 54(5), 307–311. DOI: 10.1007/s001070050191.
• 27. WENGERT E. M., 1976: Predicting average moisture content of wood in a changing environment, Wood and Fiber Science, 7(4), 264–273.