RAZVOJ OGNJEODPORNEGA LAHKEGA PANELNEGA SISTEMA

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA LESARSTVO

Matic KOSANIČ

RAZVOJ OGNJEODPORNEGA LAHKEGA PANELNEGA SISTEMA

DIPLOMSKO DELO

Visokošolski strokovni študij - 1. stopnja

Ljubljana, 2021

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA LESARSTVO

Matic KOSANIČ

RAZVOJ OGNJEODPORNEGA LAHKEGA PANELNEGA SISTEMA

DIPLOMSKO DELO

Visokošolski strokovni študij - 1. stopnja

DEVELOPEMENT OF FIRE RESISTANT LIGHTWEIGHT PANEL SYSTEM

B. Sc. THESIS

Professional Study Programmes

Ljubljana, 2021

Diplomsko delo je zaključek Visokošolskega strokovnega študija Lesarsko inženirstvo – 1.

stopnja. Delo je bilo opravljeno na Katedri za lepljenje, lesne kompozite, obdelavo površin in konstruiranje.

Senat Oddelka za lesarstvo je za mentorja diplomskega dela imenoval izr. prof. dr. Sergeja Medveda, za somentorja doc. dr. Boštjana Lesarja, za recenzenta pa prof. dr. Miho

Humarja.

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednik:

Član:

Član:

Datum zagovora:

Matic Kosanič

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ŠD Dv1

DK UDK 630*862.2

KG iverne plošče, izolacijske plošče, slama, sendvič plošča, ognjeodpornost, lahek panelni sistem

AV KOSANIČ, Matic

SA MEDVED, Sergej (mentor)/LESAR, Boštjan (somentor)/HUMAR, Miha (recenzent)

KZ SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina, c. VIII/34

ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Visokošolski študijski program 1. stopnje Lesarsko inženirstvo

LI 2021

IN RAZVOJ OGNJEODPORNEGA LAHKEGA PANELNEGA SISTEMA

TD Diplomsko delo (Visokošolski strokovni študij - 1. stopnja) OP VII, 37 str., 19 pregl., 21 sl., 11 vir.

IJ sl JI sl/en

AI V diplomski nalogi smo izdelovali lahek konstrukcijski panelni sistem s povečano odpornostjo proti gorenju. Namen je bil ugotoviti optimalen delež dodatka za povečanje odpornosti proti gorenju z minimalnim negativnim vplivom na trdnostne lastnosti. Zaradi cilja izdelave lahkega konstrukcijskega panelnega sistema smo se odločili za izdelavo sestavljenega oz. sendvič kompozita z nosilnim površinskim slojem (iverna plošča) in izolativno sredico (slama). Kot dodatek za povečanje odpornosti proti gorenju smo uporabili Melamid 50 in sicer smo ga dodali 5, 10, 20 in 30 %, glede na maso iveri. Po izdelavi, smo na vsakem vzorcu izvedli preizkušanje mehanskih in ognjeodpornih lastnosti. Na osnovi rezultatov smo nato izdelali lahek panelni sistem, katerega zgradba je temeljila na optimalnih deležih in sicer smo pri površinskih slojih dodalo 20 %, pri sredici pa 10 % Melamida 50. Pri tako sestavljen kompozitu smo ugotovili nizko stopnjo gorljivosti in dobre mehanske lastnosti.

KEY WORDS DOCUMENTATION ND Dv1

DC 630*862.2

CX chipboard, insulation boards, straw, sandwich board, fire resistance, lightweight panel system

AU KOSANIČ, Matic

AA MEDVED, Sergej (supervisor)/LESAR, Boštjan (advisor) /HUMAR, Miha (reviewer)

PP SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina, c. VIII/34

PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Wood Science and Technology, Professional Study Programme in Wood Engineering

PY 2021

TY DEVELOPEMENT OF FIRE RESISTANT LIGHTWEIGHT PANEL SYSTEM DT B. Sc. Thesis (Professional Study Programmes)

NO VII, 37 p., 19 tab., 21 fig., 11 ref.

LA sl Al sl/en

AB In this graduation thesis, we fabricated a lightweight structural panel system withenhanced fire resistance. The objective was to determine the optimum amount offlame retardant with minimal negative effects on the strength properties. Since themain objective was to produce a lightweightstructural panel system, we decided touse a sandwich composite material with an outer layer (particle board) and aninsulating core layer (made of straw). As a flame retardant we use Melamid 50,which was added in proportions of 5, 10, 20 and 30% (based on the mass of thewood/straw). After manufacturing, we performed mechanical and fire resistancetests. Based on these results, we then manufactured a lightweight panel systembased on the optimal composition of the outer and core layer panels. The optimalamount of Melamid 50, based on fire resistance, bond quality and thermalconductivity, was 20% for the face layers and 10% for the core layer. A lowflammability rate and good mechanical properties were found for the compositethus composed.

KAZALO VSEBINE

Str.

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA II

KEY WORDS DOCUMENTATION III

KAZALO VSEBINE IV

KAZALO PREGLEDNIC VI

KAZALO SLIK VII

1 UVOD ... 1

1.1 CILJ NALOGE ... 1

1.2 HIPOTEZE ... 1

2 PREGLED OBJAV ... 2

2.1 UPORABA MELAMINA NA MASIVNEM LESU ... 2

2.2 OGNJEODPORNOST IVERNIH PLOŠČ ... 2

2.3 TOPLOTNA UPORNOST TRISLOJNEGA KOMPOZITA ... 2

2.4 POŽARNA ODPORNOST PLOŠČ (ZAHEVE REI) ... 3

2.5 POŽARNE LASTNOSTI LESENIH KOMPOZITOV ... 3

2.6 UPORABA MELAMIN FORMALDEHIDNIH SMOL ... 4

2.7. ODZIV SLAME NA OGENJ ... 4

3 MATERIAL IN METODE ... 5

3.1 MATERIAL ... 5

3.1.1 Les (iveri) ... 5

3.1.2 Slama ... 5

3.1.3 Furnir ... 5

3.1.4 Lepilo ... 5

3.1.5 Ognjeodporno sredstvo ... 6

3.2 METODE IZDELAVE PLOŠČ ... 6

3.2.1 Zasnova izdelave plošč ... 6

3.2.2 Postopek izdelave iverne plošče ... 7

3.2.3 Postopek izdelave sredice ... 9

3.2.4 Postopek izdelave furnirne plošče ... 9

3.3 EKSPERIMENTALNE METODE ... 11

3.3.1 Izračun gostote ... 11

3.3.2 Preizkus upogibne trdnosti ... 12

3.3.3 Preizkus natezne trdnosti ... 12

3.3.4 Preizkus požarne odpornosti po metodi ognjene cevi ... 13

3.3.5 Preizkus požarne odpornosti po metodi vroče plošče - ''hot plate'' ... 14

3.3.6 Preizkus požarne odpornosti po metodi malega plamena ... 15

3.3.7 Preizkus toplotne prevodnosti ... 16

3.3.8 Preizkus požarne odpornosti po metodi malega plamena po robu ... 17

4. REZULTATI ... 18

4.1 GOSTOTA ... 18

4.2 UPOGIBNA TRDNOST ... 19

4.3 NATEZNA TRDNOST ... 21

4.4 POŽARNA ODPORNOST PO METODI RUSKE CEVI ... 24

4.5 POŽARNA ODPORNOST PO METODI ''HOT PLATE'' ... 25

4.7 TOPLOTNA PREVODNOST ... 28

4.8 POŽARNA ODPORNOST PO METODI MALEGA PLAMENA PO ROBU ... 29

5 RAZPRAVA ... 30

6 SKLEPI ... 35

7 VIRI ... 36 ZAHVALA

KAZALO PREGLEDNIC

Str.

Preglednica 1: Eksperimentalna zasnova plošč ... 7

Preglednica 2: Rezultati gostote zunanjega sloja ... 18

Preglednica 3: Rezultati gostote plošče F z 20 % dodatka Melamida 50 ... 19

Preglednica 4: Rezultati gostote plošče G z 20 % dodatka Melamida 50 ... 19

Preglednica 5: Rezultati upogibne trdnosti zunanjega sloja plošč ... 20

Preglednica 6: Povprečne vrednosti upogibne trdnosti ter modula elastičnosti posamezne vrste iverne plošče ... 21

Preglednica 7: Rezultati upogibne trdnosti F (št. preizkušanca 1-6) in plošče G (št. preizkušanca 7-12) ... 21

Preglednica 8: Rezultati natezne trdnosti površinskega sloja plošč ... 22

Preglednica 9: Povprečna vrednosti natezne trdnosti posamezne vrste iverne plošče ... 22

Preglednica 10: Vrednosti natezne trdnosti plošče F (št. preizkušanca 1-5) in plošče G (št. preizkušanca 6-10) ... 23

Preglednica 11: Rezultati izgube mase po metodi ognjene cevi ... 24

Preglednica 12: Rezultati izgube mase pri končni verziji plošče ... 25

Preglednica 13: Rezultati prvega preizkusa po metodi ''hot plate'' ... 26

Preglednica 14: Rezultati drugega preizkusa po metodi ''hot plate'' ... 26

Preglednica 15: Rezultati meritev toplotne prevodnosti in toplotne upornosti ... 28

Preglednica 16: Rezultati končnega preizkusa po metodi malega plamena po robu ... 29

Preglednica 17: Popvrečne vrednosti mehanskih lastnosti vseh vzorcev ... 30

Preglednica 18: Korelacijski koeficienti... 30

Preglednica 19: Povprečje rezultatov po metodi ognjene cevi ... 34

KAZALO SLIK

Str.

Slika 1: Stroj za obleplanje ... 7

Slika 2: Zmes zaprta v polietilenski vrečki ... 8

Slika 3: Iverna pogača v lesenem kalupu ... 9

Slika 4: Delaminacija furnirne plošče ... 10

Slika 5: Preizkus upogibne trdnosti na stroju Zwick Z005 ... 12

Slika 6: Preizkušanje natezne trdnosti na stroju Zwick Z005 ... 13

Slika 7: Plamen pri preizkušanju iverne plošče brez dodatka ... 14

Slika 8: Preizkušanec na ''vroči plošči ... 14

Slika 9: Preizkušanec izpostavljen malemu plamenu ... 15

Slika 10: Naprava za merjenje toplotne prevodnosti ... 16

Slika 11: Požarna odpornost končnega kompozita po robu ... 17

Slika 12: Upogibanje preizkušancev na vroči plošči ... 25

Slika 13: Obtežen preizkušanec na vroči plošči ... 25

Slika 14: Preizkušanci po preizkusu po metodi malega plamena (od leve: A, B, C, D, E) . 27 Slika 15: Preizkušanci iz gradnikov slame po preizkusu ... 28

Slika 16: Upogibna trdnost v primerjavi z deležem Melamida 50 ... 31

Slika 17: Upogibna trdnost v primerjavi z debelino plošče... 31

Slika 18: Modul elastičnosti v primerjavi z debelino plošče ... 32

Slika 19: Natezna trdnost v primerjavi z debelino plošče ... 32

Slika 20: Modul elastičnosti v primerjavi z gostoto ... 33

Slika 21: Natezna trdnost v primerjavi z gostoto ... 33

1 UVOD

Leseni panelni sistemi v današnjem času prestavljajo prevladujoči način gradnje lesenih hiš. Panelni sistemi so v osnovi sestavljeni iz dveh površinskih slojev, katerih primarna naloga je zagotavljanje mehanske trdnosti in stabilnosti, odpornosti proti vodi, ter proti gorenju. Naloga površinskih slojev je tudi zaščita šibkejše sredice, katere primarna naloga je nudenje toplotne izolativnosti, ter podobno kot površinski sloj odpornosti proti vodi in gorenju. Zaradi zagotavljanja širokega spektra različnih lastnosti, se uporabljajo materiali različnih dimenzij in gostot, kar lahko privede do relativno debelih in težkih panelnih sistemov, kar lahko iz vidika mobilnosti predstavlja logistični problem. Zato se, v času, ko je mobilnost zelo pomemben dejavnik, teži k čim lažjim konstrukcijskim elementom s primernimi lastnostmi. Zelo pomembnen faktor pri uporabi panelnih sistemov v leseni gradnji, pa je tudi doseganje primerne odpornosti proti gorenju, kar se dosega z uporabo primernih dodatkov.

1.1 CILJ NALOGE

Cilj naloge je izdelati lahek konstrukcijski panelni sistem s povečano odpornostjo proti gorenju, kjer bomo za izdelavo uporabili lignocelulozne gradnike. Panelni sistem bo izdelan iz treh slojev, in sicer iz dveh površinskih oz. zunanjih slojev, kar bosta predstavljala tanka lesna ploščna kompozita z gostoto med 0,75 g/cm³ in 0,85 g/cm³. Naloga površinskih slojev, bo zagotavljanje mehanske trdnosti, ter pomembnejša vloga pri odpornosti proti ognju. Tretji sloj bo predstavljala sredica iz vlaken slame, katere glavna naloga bo prenašanje strižnih obremenitev ter zagotavljanje toplotne izolativnosti. Pri vseh slojih bo povečana odpornost proti gorenju dosežena z uporabo primerne količine dodatka za povečanje ognjeodpornosti.

1.2 HIPOTEZE

Predvidevamo, da bomo z uporabo različnih lignoceluloznih gradnikov izdelali lahek panelni sistem s povečano odpornostjo proti gorenju, z uporabo primernega dodatka.

Pričakujemo, da se bo stopnja odpornosti proti gorenju večala z naraščanjem deleža dodatka. Predvidevamo tudi, da bomo s primerno pripravo zmanjšali negativen vpliv dodatka na mehanske lastnosti, oz. bo ta vpliv minimalen.

2 PREGLED OBJAV

2.1 UPORABA MELAMINA NA MASIVNEM LESU

Lahtela in Kärki sta raziskovala lastnosti lesa rdečega bora (Pinus sylvestris L.) impregnrianega z melaminom. Ugotovila sta, da so bile ognjeodporne lastnosti lesa impregniranega z melaminom le nekoliko boljše. Nizka vsebnost melamina v lesu je troej ugodno vplivala na obnjeodporne lasnosti lesa. Ugotavljata pa tudi, da bi dosegli še boljše odnjeodporne lastnosti, pri večjih količinah melamina v lesu, kakor tudi z daljšim časom impregnacije (Lahtela in Kärki, 2014).

2.2 OGNJEODPORNOST IVERNIH PLOŠČ

V raziskavi, kjer so ugotavljali ognjeodpornost ivernih plošč, ki jim je bila dodana borova ksilina, so uporabili plošče z 8, 12 ter 16 % dodatka borove kisline. Ugotovili so, da so bile ognjeoporne lastnosti, najboljše pri plošči z 16 % dodatka borove kisline. Lastnosti so bile najboljše zlasti pri izgubi mase, hitrosti širjenja plamena, ter lastnostih takoj po koncu izpostavitve plamena (Pedieu in sod., 2011). Borova kislina je uvršena med kemikalije, ki povzročajo veliko skrb (SVHC), zato zanjo iščemo ustrezna nadomestila (https://echa.europa.eu/substance-information/-/substanceinfo/100.030.114, 8. 9. 2021).

2.3 TOPLOTNA UPORNOST TRISLOJNEGA KOMPOZITA

V raziskavi, ki so jo izvedli na Engineering Technical College v Iraku, so primerjali toplotne lastnosti lahkega trislojnega kompozita (SWP) in navadne betonske stene.

Raziskovali so predvsem toplotno upornost, akumulacijo toplote preko dneva, ter spremembo temperature na notranji strani (še posebej preko noči). Trislojni kompozit je bil sestavljen iz lahke sredice, ter dveh togih površinskih slojev s toplotno upornostjo R=1,956 K×m²/W. Toplotna upornost betonske stene pa je bila R=1,56 K×m²/W. Obe steni, so izpostavili enakim pogojem. Zunanja stran stene, je bila za 24 ur izpostavljena sončnemu sevanju v mestu Najaf v Iraku, na notranji steni oz. v notranjosti sobe, pa je bilo 25 °C.

Ugotovili so, da je pri betonski steni prišlo do večjega prenosa toplote zaradi manjše toplotne upornosti. Ugotovil so tudi, da je betonska stena čez noč oddajala shranjeno toploto v notranjost sobe, kar se pri trislojnem kompozitu ni zgodilo (Manea in Abed, 2017).

2.4 POŽARNA ODPORNOST PLOŠČ (ZAHEVE REI)

Konstrukcijske plošče morajo zadostovati določenim požarnim kriterijem. Eden izmed pomembnejših kriterijev za razvrščanje plošč glede na njihovo požarno odpornost, je kriterij REI. Pri tem kriteriju vrednosti pomenijo čas (minute), ki ga morajo prenesti plošče v času požara. Kratice REI pomenijo:

 R - nosilnost: kriterij R določa koliko minut je sposobna prenašati obremenitve določena plošča v času požara, ne da bi se pri tem porušila;

 E - integriteta: kriterij E določa kako dolgo je plošča sposobna zaustavljati vdor plamena in vročih plinov;

 I - izolacija: kriterij I določa kako dolgo lahko plošča med požarom preprečuje dvig temperature na drugi strani plošče.

Požarna odpornost, ki se izraža v minutah se običajno podaja v večkratnikih vrednosti 30.

Nenosilna pregradna stena, ki zadržuje požar najmanj 60 minut, se npr. označi z EI 60 (https://www.promat.com/sl-si/gradbenistvo/proizvodi-konstrukcije/proizvodi/pozarne- plosce/, 7. 9. 2021).

2.5 POŽARNE LASTNOSTI LESENIH KOMPOZITOV

Ognjeodporna sredstva lahko bistveno izboljšajo reakcijo lesenega kompozita na ogenj, vendar je vprašanje, kako dolgo bodo leseni kompoziti impregnirani z ognjeodpornimi dodatki vplivali na požarne lastnosti kompozita. Tukaj se pojavita dve vrsti tveganja. Prvo tveganje je vezano na vsebnost vlage oz. prenost vlage iz ognjeodpornega dodatka, v notranjost kompozita, ter kristalizacija soli na površini. Te higroskopske lastnosti impregniranega lesenega kompozita se lahko ocenijo z izpostavljenostjo višji relativni zračni vlažnosti. Drugo tveganje je vezano na izgubo deleža ognjeodpornega dodatka z npr. Izpiranjem. To se lahko pojavi predvsem pri lesenih kompozitih uporabljenih na prostem. V raziskavi, ki so jo izvedle nordijske inicative iz industrije so ugotovili, da pri impregnirarnih ploščah, ki so bile uporabljene v notranjih prostorih ni prišlo do poslabšanja požarnih lastnosti. Z pospešenim staranjem, izpostavljenostjo vremenskim pogojem in ostalimi referenčnimi metodami staranja pa so ugotovili tudi, da tudi pri tako izpostavljenih ploščah, ni prišlo do bistvenega poslabšanja požarnih lastnosti (Östman, 7.

9. 2021).

2.6 UPORABA MELAMIN FORMALDEHIDNIH SMOL

Uporaba melamin formaldehidnih smol je v lesarstvu zelo pogosta zaradi nizke molekulske mase ter posledično dobrega vpijanja v les. Nemodificirane fenolne smole so po naravi zelo ognjeodporne in lahko dobro izpolnjujejo zahteve za reakcijo lesenega kompozita na požar. Tudi zarad nizkih emisij dima so zelo priljubljene kot odnjeodporni dodatki v lesenih kompozitih. Ker so fenoli večinoma sestavljeni iz ogljika, vodika in kisika, so njihovi produkti zgorevanja vodna para, ogljikov dioksid in zmerne količine ogljikovega monoksida. Strupenost izgorevanja je zato relativno nizka. Ko se fenolni material zagreje do temperature vžiga, se na njem formira plast oglja. Fenolna struktura nato omogoča da ta plast oglja deluje kot toplotni izolator sredice. Pri uporabi melamin formaldehidnih smol na lesu rdečega bora, je pri prisotnosti plamena prišlo do znazno nižjih količin dima in ogljikovega dioksida, kot pri vzorcih, ki niso bili impregnirani z melamin formaledhidnimi smolami. Še boljše ognjeodpornne lastnosti pa fenoli dosegajo, če so vgrajeni v lesna vlakna (Popescu in Pfriem, 2019).

2.7. ODZIV SLAME NA OGENJ

Stisnjena slama gostote 75 kg/m³ ima v primerjavi z komercialno dostopnimi izolacijskimi materiali nižjo stopnjo sproščanja toplote pri gorenju. Hitrost sporščanja toplote je pri slami nižja kot pri nekaterih izolacijskih materialih na biološki osnovi, kar kaže na to, da je stisnjena slama manj nagnjena k prispevanju energije v zgornjih fazah požara (Blondin in sod., 2020).

3 MATERIAL IN METODE

3.1 MATERIAL

3.1.1 Les (iveri)

Glavno surovino za površinska sloja, so predstavljale iveri bukovine (Fagus sylvatica).

Osnovno surovino (bukove žaganice debeline 50 mm) smo zmleli v laboratorijskem iverilniku, ter tako pridobili iveri. Same žaganice so bile predhodno tehnično sušene, tako da so imele pridobljene iveri ravnovesno vlažnost nižjo od 10 %, in glede na uporabljeno lepilo in dodatke primerno vlažnost.

3.1.2 Slama

Zaradi dobrih izolativnih lastnosti smo kot osnovno surovino za izdelavo sredice uporabili slamo. Zaradi doseganja optimalnih lasnosti sredice (primerna zlepljenost ter kompaktnost same plošče) smo uporabili dve različni frakciji slame in sicer zelo fino, ter predvsem zaradi stabilnosti plošče tudi nekoliko večje gradnike. Ti dve frakciji ista bili mešani v razmerju 1:1.

3.1.3 Furnir

Za izdelavo 5 slojnih furnirnih plošč, smo uporabili bukov furnir. Glede na pričakovane lastnosti, smo se odločili za klasične križno lepljene furnirne plošče.

3.1.4 Lepilo

Za izdelavo plošč smo uporabili lepilo Meldur H97, proizvajalca Melamin Kočevje.

Meldur H97 je melamin-formaldehidno lepilo z vsebnostjo suhe snovi med 61 % in 65 %.

Sodi med lepila, ki zagotavljajo E1 emisijski razred in so primerna tako za hladno kakor tudi za vroče lepljenje.

3.1.5 Ognjeodporno sredstvo

Kot protipožarno sredstvo smo uporabili sredstvo podjetja Melamin d.d., in sicer Melamid 50. Gre za vodno raztopino modificirane akrilne smole, ki kot aktivne komponente vsebuje dušikove in fosforjeve spojine. V protipožarnih sredstvih, se uporablja kot aktivna sestavina premaznih sredstev, ali kot dodatek pri izdelavi težko gorljivih produktov iz lesa.

V primeru rabe sredstva kot za izdelavo proti gorenju bolj odpornih produktov je pomembno, da je sredstvo vmešano v celotno prostornino plošče, saj se na ta način prepreči širjenje plamena tako po površini izdelka, kakor tudi po površini posameznega gradnika znotraj plošče. Pri izpostavitvi visoki temperaturi oz. ognju, prične nabrekati v negorljivo ogljikovo peno. Ta pena nato deluje kot izolator in zadržuje segrevanje lesa, ter posledično preprečuje njegov vžig (http://www.melamin.si/protipozarna-sredstva, 7. 9.

2021).

3.2 METODE IZDELAVE PLOŠČ

3.2.1 Zasnova izdelave plošč

Za samo raziskavo, smo najprej izdelali več različnih ivernih plošč. Trdnost sestavljenih lesnih ploščnih kompozitov je v osnovi odvisna tako od površinskih sloje, same sredice in tudi stopnje povezanosti med slednjima. Ker pa, z vidika zagotavljanja trdnosti, najpomembnejšo vlogo igra predvsem površinski sloj je pomembno, da ima le-ta dobre mehanske lastnosti. Zaradi težnje po izdelavi lahkega kompozita je bilo pomembno, da je površinski sloj relativno tanek (med 4 in 8 mm), pri čemer mora le-ta biti tudi primerne gostote. Znano je namreč da se mehanske lastnosti ivernih plošč izboljšujejo z naraščanjem gostote, zato smo se odločili, da bomo izdelali iverno ploščo ciljne debeline 5 mm in s ciljno gostoto med 0,75 in 0,85 g/cm³.

Za izdelavo ene plošče (500 mm × 500 mm × 5mm), smo potrebovali 1250 g iveri. Za ugotavljanje optimalne količine dodatka, smo nato izdelali 5 plošč z različnimi deleži ognjeodpornega dodatka in sicer z 0 %, 5 %, 10 %, 20 %, ter 30 % Melamid 50, glede na maso lesa (preglednica 1).

Kot drugo varianto za površinski sloj, smo nameravali uporabiti 5 slojno furnirno ploščo.

Izdelali smo ploščo z prej ugotovljeno optimalno količino dodatka katero smo določili z preizkušanjem ivernih plošč, in sicer z nanosom dodatka Melamid 50 približno 200 g/m². Zaradi delaminacije, do katere je prišlo med razžagovanjem že utrjene plošče, smo kot površinski sloj uporabili zgolj iverne plošče.

Preglednica 1: Eksperimentalna zasnova plošč

Vrsta gradnika Oznaka plošče Delež dodatka Količina lepila

Iveri A 0 % 15 %

Iveri B 5 % 15 %

Iveri C 10 % 15 %

Iveri D 20 % 15 %

Iveri E 30 % 15 %

Furnir F 1 0 % 200 g/m²

Furnir F 2 Optimalna količina 200 g/m²

Slama S 0 0 % 20 %

Slama S 10 50 % optimalne količine 20 %

Slama S 20 Optimalna količina 20 %

Kot optimalno količino smo opredelili količino dodatka Melamid 50 pri kateri smo ugotovili dobro odpornost proti gorenju in minimalen vpliv na trdnostne lastnosti iverne plošče.

3.2.2 Postopek izdelave iverne plošče

3.2.2.1 Impregnacija iveri

Za izdelavo površinskih slojev ivernih plošč, smo za vsako varianto glede na odstotek dodatka, najprej zatehtali že vnaprej določeno maso lesa, torej 1250 g. Nato smo na stroju za obleplanje (slika 1), za vsako ploščo posebej, zmešali iveri z dodatkom proti gorenju.

Čas mešanja je bil 5 min. Zaradi boljšega vpijanja oz. boljše impregnacije iveri z ognjeodpornim sredstvom, smo zmes neprodušno zaprli v polietilensko vrečko in pustili stati 24 ur (slika 2).

Slika 1: Stroj za obleplanje

Slika 2: Zmes zaprta v polietilenski vrečki

3.2.2.2 Oblepljanje iveri

Po 24 urni impregnaciji smo iveri oblepili s primerno količino lepila (preglednica 1).

Faktor oblepljanja z melamin-urea-formaldehidnim lepilom (H97, Melamin Kočevje), je bil 15%. Čas nanašanja lepila je bil 150 s, čas sekundarnega mešanja pa 150 s (skupen čas nanašanja lepila in mešanja je bil 5 min).

3.2.2.3 Stiskanje plošč

Po oblepljanju je sledilo formiranje iverne pogače in nstiskanje plošč. Oblepljene in impregnirane iveri smo natresli na kovinsko ploščo v leseni kalup z dimenzijami 500 × 500 mm² (slika 3). Natreseno pogačo smo ročno predstisnili, da smo dosegli približno enakomerno debelino po celotni površini. Tako pripravljeno ploščo smo nato postavili v stistkalnico, ter dodali distančne letve za zagotavljanje ciljne debeline plošč, ki je bila 5 mm. Ciljna gostota ivernih plošč je bila med 0,75 in 0,85 g/cm³. Parametri stiskanja so bili naslednji:

 temperatura: 180 °C,

 čas stiskanja: 8 min,

 tlak stiskanja: 9 MPa.

Slika 3: Iverna pogača v lesenem kalupu

Zaradi dodatka za ognjeodpornost so iveri imele nekoliko višjo vlažnost, zato smo prilagodili potek stiskanja, s ciljem omogočanja prehajanja vodne pare iz plošče v okolico in s tem tudi primerno prehajanje toplote proti sredici (in utrjevanje lepila):

 0 - 2 min = 9 MPa,

 2 - 4 min = 4,5 MPa,

 4 - 6 min = 6 MPa,

 6 - 7 min = 3 MPa,

 7 - 7,5 min = 1,5 MPa,

 7,5 - 8 min = 0 MPa.

3.2.3 Postopek izdelave sredice

Postopek izdelave sredice je bil podoben izdelavi iverne plošče. Zaradi slabše površinske aktivnosti slame smo spremenili le delež dodanega lepila. Le-tega smo dvignili na 20 %.

Zaradi vnaprej postavljenih ciljev glede dodatka sredstva za ognjeodpornost, smo sredice pričeli izdelovati po tem, ko smo že stestirali iverne plošče. Tako smo v slamo (gradniki za sredico) impregnirali z optimalno količino, ter 50 % optimalne količine ognjeodpornega sredstva. Kot optimalno količino smo opredelili količino dodatka Melamid 50 pri kateri smo ugotovili dobro odpornost proti gorenju, določeno pri ivernih ploščah.

3.2.4 Postopek izdelave furnirne plošče

Kot drugo varianto za površinski sloj, smo želeli izdelati 5 slojno furnirno ploščo. Osnovno surovino za izdelavo plošče, je predstavljal bukov furnir. Podobno kot pri sredici, smo furnirne plošče izdelali po testiranju ivernih plošč, tako da smo že imeli določen optimalen delež ognjeodpornega dodatka.

Ta delež smo razporedili na 5 delov, tako da je bil vsak sloj enakomerno prepojen z ognjeodpornim sredstvom. Nato smo na 4 sloje nanesli lepilo, in sicer z nanosom 200 g/m².

Ploščo smo nato stisnili v stiskalnici, in sicer pod naslednjimi pogoji:

 temperatura stiskanja: 90 °C,

 tlak stiskanja: 4,5 Mpa,

 čas stiskanja: 10 min.

Po stiskanju je bila plošča dobro utrjena, in je delovala dimenzijsko stabilno. Ob razžagovanju na dimenzije za eksperimentalne vzorce, je prišlo do delaminacije med posameznimi sloji (slika 4). Zaradi tega ni bilo mogoče izvesti eksperimentalnega dela za furnirne plošče, tako da z varianto furnirne plošče kot površinskega sloja lahkega ognjeodpornega panelnega sistema, nismo nadaljevali.

Slika 4: Delaminacija furnirne plošče

3.3 EKSPERIMENTALNE METODE

Konstrukcijski panelni sistemi morajo imeti dobre tako mehanske, kot tudi ognjeodporne lastnosti. Glede na te ciljne lastnosti smo torej izdelali več vrst plošč. Na teh ploščah smo nato preizkušali:

 gostoto,

 upogibno trdnost,

 natezno trdnost,

 požarno odpornost po metodi ognjene cevi,

 požarno odpornost po metodi ''hot plate'',

 požarno odpornost po metodi malega plamena,

 toplotno prevodnost,

 požarno odpornost po metodi malega plamena po robu.

3.3.1 Izračun gostote

Na mehanske lastnosti kompozitov zelo vpliva gostota samega kompozita. Gostoto zunanjih slojev (iverne plošče) smo določali na štirih preizkušancih iz vsake vrste plošče (A, B, C, D, E) dimenzij 50 mm × 50 mm. Za sam izračun smo s kljunastim merilom natančneje izmerili dolžino ter širino. Podobno smo storili tudi z merjenjem debeline, le da smo za to uporabili mikrometer. Po končanih meritvah dimenzij ivernih plošč, smo preizkušance stehtali na tisočinko grama natančni tehtnici.

Formula:

Razlaga oznak:

 ρ ... gostota (kg/m³)

 m ... masa (g)

 l ... dolžina (m)

 b ... širina (m)

 t ... debelina (m)

3.3.2 Preizkus upogibne trdnosti

Preizkus upogibne trdnosti (skladno s SIST EN 310) smo izvajali na stroju za mehansko preizkušanje Zwick Z005 (slika 5). Na šestih preizkušanciih iz vsake vrste iverne plošče (A, B, C, D, E) smo izvajali tri-točkovni upogib. Pred pričetkom preizkušanja smo za vsak preizkušanec vnesli dimenzije, tako da smo izračunane vrednosti lahko odčitali takoj po končanem preizkušanju. Sam stroj nam zagotavlja konstanten pomik, ter sprotno odčitavanje sile, tako da smo lahko že med samim preizkušanjem opazovali kaj se dogaja v preizkušancu. Preizkušanci so bili dimenzij 150 mm × 50 mm × 5mm, pri čemer smo s kljunastim merilom ter mikrometrom izmerili točne dimenzije vsakega prezikušanca.

Oporiščna razdalja je bila 100 mm, čas do loma pa je bil 60 ± 15 s.

Slika 5: Preizkus upogibne trdnosti na stroju Zwick Z005

3.3.3 Preizkus natezne trdnosti

Natezno trdnost smo preizkušali na stroju Zwick Z005 (slika 6). Preizkušance smo nažagali na 25 mm široke pasove, dolžine 100 mm. Vsem preizkušancem smo s kljunastim merilom določili tudi širino, ter debelino, ki smo jo izmerili z mikrometrom. Nato smo te preizkušance vpeli v čeljusti stroja, ter pričeli z obremenjevanjem. Polek sile loma smo določili tudi maksimalni raztezek preizkušanca, ter modul elastičnosti.

Hitrost obremenitve je bila 4 mm/min. Preizkušali smo po 6 prezikušancev iz vsake vrste iverne plošče (A, B, C, D, E).

Slika 6: Preizkušanje natezne trdnosti na stroju Zwick Z005

3.3.4 Preizkus požarne odpornosti po metodi ognjene cevi

Metoda ognjene cevi oz. t.i. ruska metoda temelji na določanju izgube mase preizkušanca med direktno izpostavitvijo plamenu. Preizkušali smo po 3 preizkušance iz vsake vrste iverne plošče (A, B, C, D, E). Vzorce smo najprej stehtali, tako da smo lahko določili maso pred preizkušanjem. Nato smo v zgornji rob preizkušanca zabili žebljiček, pri čemer smo zaradi majhne debeline preizkušanca, imeli kar nekaj težav. Na zabit žebljiček, smo nato zavili žičko, s katero smo si kasneje pomagali pri obešanju preizkušanca v cev (slika 7).

Ko smo preizkušanec obesili v cev, smo iz spodnje strani cevi približali gorilnik s plamenom, ter pričeli z merjenjem časa. Čas preizkusa je bil 2 min. Po dveh minutah smo takoj stehtali vzorce, tako da smo dobili točne rezultate ne glede na to, ali je preizkušanec imel dodatek sredstva proti gorenju, ali ne. Če je vzorec po dveh minutah gorel, smo plamen pred tehtanjem pogasili. Nato smo glede na maso pred preizkusom, ter maso po njem, izračunali odstotek izgube mase. Med samim preizkušanjem smo opazovali ali vzorec gori, tli, ali poogleni.

Slika 7: Plamen pri preizkušanju iverne plošče brez dodatka

3.3.5 Preizkus požarne odpornosti po metodi vroče plošče - ''hot plate''

Tudi pri metodi vroče plošče, gre za ugotavljanje izgube mase. S to metodo se določa vnetljivost vodoravne površine preizkušanca. Preizkušali smo po en vzorec iz vsake vrste iverne plošče (A, B, C, D, E). Vzorce dimenzij 100 mm × 100 mm, smo položili na vročo kovinsko ploščo (Vimosa d.o.o., Velenje). Ploščo smo pred tem segreli na 400° C, ter temperaturo vzdrževali tudi med samim preizkusom. Čas preizkusa je bil 5 minut. Po tem času smo stehtali preizkušance in ugotavljali izgubo mase, ter opazovali debelino pooglenitve. Poleg tega smo med preizkusom opazovali tudi kdaj je prišlo do tlenja, ter ali je prišlo do pojava gorenja (slika 8).

Slika 8: Preizkušanec na ''vroči plošči

3.3.6 Preizkus požarne odpornosti po metodi malega plamena

Preizkus odpornosti na mali plamen smo izvajali v skladu s standardom SIST EN ISO 11925-2:2011. Pri preizkusu požarne odpornosti po metodi malega plamena gre za vizualno ocenjevanje samih preizkušancev. Preizkušali smo po en vzorec vsake vrste iverne plošče (A, B, C, D, E). Na preizkušance dimenzij 250 mm × 100 mm smo najprej zarisali dve črti. In sicer prva črta je bila 40 mm višje od spodnjega roba, zgornja črta pa je bila 150 mm višje od prve črte. Nato smo na zgornji rob plošče zabili žebljiček, s katerim smo si pomagali pri obešanju preizkušanca na stojalo. Ko smo preizkušanec obesili, smo pod njega položili filter papir, na katerem smo opazovali morebitne goreče odpadajoče delce. Po tem smo na višini spodnje črte preizkušancu približali gorilnik s plamenom (slika 9). Po standardu je bil gorilnik pod kotom 45°. Tako smo preizkušanec izpostavili plamenu za 30 s. Po tem smo odmaknili gorilnik ter še 30 s opazovali preizkušanec.

Nato smo izmerili višino pooglenele površine, ter vzorce medsebojno primerjali. Med preizkusom smo poleg odpadajočih delcev opazovali tudi ali je prišlo do pojava dima.

Po tej metodi preizkušanja, smo najprej stestirali iverne plošče za zunanji sloj, nato pa tudi slamnate plošče sredice, pri katerih je bil to eden izmed glavnih kriterijev za izbiro optimalne količine dodatka sredstva proti gorenju.

Slika 9: Preizkušanec izpostavljen malemu plamenu

3.3.7 Preizkus toplotne prevodnosti

Toplotno prevodnost in toplotno upornost sredice smo določili v skladu s standardom SIST EN 12667, na napravi Heat Flow meter LM.305 proizvajalca Stirolab, Sežana (slika 10).

Tokrat smo preizkušali vzorce sredice, in sicer iz vsake vrste plošče (S 0, S 10, S 20) po en preizkušanec.

Slika 10: Naprava za merjenje toplotne prevodnosti

Meritev temelji na določanju prehoda toplote skozi preizkušanec, ki temelji na vzdrževanju konstantne temperature na obeh straneh preizkušanca (vzdrževanje stacionarnega stanja), znotraj same naprave pa sta dva senzorja za merjenje pretoka toplote. Ključno pri določanju toplotne prevodnosti je doseganje in vzdrževanje stacionarnega stanja vsaj 30 min. V našem primeru smo meritev izvajali 240 min. Na spodnji strani smo imeli nastavljeno temperaturo 2,5 °C, na zgornji pa 17,5 °C. Toplotna prevodnost λ v W/m·K se izračuna po enačbi 1, toplotna upornost R v m²·W/K pa po enačbi 2.

Enačba 1:

l

R = d l

Razlaga oznak:

d debelina preizkušanca v m, P toplotni tok v W,

A površina preizkušanca v m² in,

ΔT razlika v temperaturi med toplo (zgornjo) in hladno (spodnjo) ploščo v K.

3.3.8 Preizkus požarne odpornosti po metodi malega plamena po robu

Po končanih preizkusih zunanjih slojev, ter sredice, smo glede na rezultate teh preizkusov sestavili končni vzorec lahkega ognjeodpornega panelnega sistema. Preizkušanec sestavljen iz dveh površinskih slojev iz iveri, ter sredice iz slame smo izpostavili malemu plamenu in sicer po robu (slika 11). Preizkus odpornosti na mali plamen po robu, smo izvajali v skladu s standardom SIST EN ISO 11925-2:2011. Zasnova preizkusa je bila podobna kot pri preizkušanju malega plamena, na površino. Na površini smo zarisali dve črti. Prva je bila 40 mm višje od spodnjega roba, druga pa 150 mm višje od prve. Nato smo vzorec stehtali, ter obesili na stojalo. Tako pripravljenemu prezikušancu smo nato ob spodnji rob približali plamen pod kotom 45°, za 30 s. Uporabili smo preizkušanec z optimalno količino dodatka, ter kontrolni preizkušanec, ki ognjeodpornega dodatka ni vseboval. Opazovali smo:

 odpadajoče goreče delce,

 višino pooglenele površine,

 pojav plamena,

 izgubo mase.

Slika 11: Požarna odpornost končnega kompozita po robu

4. REZULTATI

4.1 GOSTOTA

Ciljna gostota površinskega sloja lahkega konstrukcijskega ognjeodpornega panelnega sistema je bila med 0,75 in 0,85 g/cm³. Že pri iverni plošči brez dodatka sredstva proti gorenju, smo sicer ugotovili da je gostota nekoliko višja od ciljnih vrednosti. Povprečna gostota pri teh ploščah je bila 0,931 g/cm³, medtem ko je bila pri ploščah z dodanim Melamid 50 med 0,828 g/cm³ in 1,07 g/cm³ (preglednica 2).

Preglednica 2: Rezultati gostote zunanjega sloja

Vzorec t (mm) l (mm) b (mm) m (g) Gostota (g/cm³) Povprečje

A1 5,778 50,19 50,27 13,34 0,915

A2 5,769 50,12 50,31 13,87 0,953

A3 5,635 50,17 50,26 12,81 0,902 0,931

A4 5,705 50,16 50,30 13,72 0,953

B1 5,967 50,22 50,27 16,17 1,073

B2 6,096 50,12 50,26 15,39 1,002

B3 5,853 50,21 50,26 15,37 1,041 1,043

B4 5,748 50,31 50,33 15,38 1,057

C1 7,151 50,24 50,36 16,43 0,908

C2 7,18 50,26 50,27 14,02 0,773

C3 7,116 50,38 50,24 15,86 0,881 0,828

C4 7,232 50,12 50,24 13,67 0,751

D1 5,999 50,37 50,29 14,52 0,956

D2 5,791 50,25 49,56 13,76 0,954

D3 5,197 50,37 50,22 16,61 1,263 1,070

D4 6,507 50,27 50,30 18,18 1,105

E1 5,965 50,29 50,16 14,13 0,939

E2 5,991 50,24 50,33 13,83 0,913

E3 5,994 50,23 50,24 13,04 0,862 0,908

E4 5,886 50,14 50,22 13,59 0,917

Korelacije med deležem dodatka in gostoto plošče nismo ugotovili, ugotovimo pa lahko nižjo gostoto in večjo debelino pri plošči z 10 % dodatkom Melamida (plošča C). Debelina plošče je bila 7,17 mm gostota pa 0,828 g/cm³, kar pomeni, da je bila plošča 1,3 mm debelejša, gostota je bila nižja vsaj za 0,1 g/cm³. Ta nižja gostota, je kasneje pomenila bistveno slabše mehanske lastnosti. Tako, da smo lahko ugotovili, da pri vnaprej predvidevani ciljni gostoti, ne bi dosegali dovolj dobrih mehanskih lastnosti.

Po končanem prvem delu, kjer smo ugotovili, da je optimalen delež dodatka ognjeodpornega sredstva 20 %, smo pričeli z izdelavo končne verzije kompozita. Po izdelavi zunanjih slojev smo še enkrat izračunali gostoto plošče, za primerjavo s prvotnimi ugotovitvami. Izdelali smo dve plošči (označeni kot plošči F in G) z 20 % dodatka Melamid 50. Pri plošči F smo ugotovili, da je njena gostota nekoliko nižja, kot gostota plošče D, in sicer 1037 kg/m³ (preglednica 3). Pri plošči G je bila gostota nekoliko višja, 1117 kg/m³ (preglednica 4). Glede na te povprečne vrednosti, ter ostale podatke, smo ugotovili, da je do teh razlik prišlo zaradi nekoliko večje variacije gostot posameznih preizkušancev. Zaradi teh razlik v gostoti, ni bilo opaziti večjih razlik v mehanskih lastnostih končnih verzij ivernih plošč.

Preglednica 3: Rezultati gostote plošče F z 20 % dodatka Melamida 50

Vozrec 1 2 3 4 5 6 Povprečje

t (mm) 6,11 5,45 5,53 5,54 5,45 5,55

a (mm) 50,41 50,42 50,38 49,87 50,34 50,38

b (mm) 50,27 50,32 49,52 50,36 49,75 49,67

m (g) 15,740 14,152 13,336 13,030 12,468 13,250

Gostota (kg/m³) 983 977 1035 1068 1095 1048 1034

Preglednica 4: Rezultati gostote plošče G z 20 % dodatka Melamida 50

Vzorec 1 2 3 4 5 6 Povprečje

t (mm) 6,38 6,43 6,27 6,43 6,31 6,31

a (mm) 50,58 50,58 50,56 50,43 50,58 50,42

b (mm) 50,35 50,40 50,43 50,60 50,37 50,67

m (g) 14,350 14,390 13,970 15,824 14,710 13,935

Gostota (kg/m³) 1132 1139 1144 1037 1093 1157 1117

4.2 UPOGIBNA TRDNOST

Upogibna trdnost in modul elastičnosti sta bila zraven gostote, odvisni tudi od deleža Melamida 50. Poleg podatkov o upogibni trdnosti in modulu elastičnosti so v preglednici 5 prikazani tudi podatki o povesu pri maksimalni obremenitvi.

Preglednica 5: Rezultati upogibne trdnosti zunanjega sloja plošč

Št. preizkušanca F max N a max (µm) σ (N/mm²) E (MPa)

A1 163 3704,1 14,98 1770

A2 182 2738,1 16,55 2440

A3 280 2662,3 26,78 3970

A4 325 2579,6 28,95 4370

A5 252 2799,7 22,47 3400

A6 315 2249,8 28,93 4840

B1 231 2125,1 19,79 3750

B2 188 2261,7 15,7 2800

B3 186 2194,0 16,2 3010

B4 345 1851,5 24,27 4260

B5 233 1888,7 20 4590

B6 240 1859,1 20,51 4450

C1 138 2367,6 8,745 1200

C2 134 2862,4 8,945 1200

C3 171 3198,8 11,15 1240

C4 193 2512,5 11,9 1800

C5 223 2705,4 13,68 1650

C6 240 2050,8 15,67 2840

D1 193 1631,6 17,03 4000

D2 167 2112,7 13,76 2110

D3 177 1524,2 14,75 2870

D4 264 1692,2 21,05 4500

D5 136 1312,5 11,08 2220

D6 162 1769,2 12,96 2190

E1 181 1348,1 14,22 2960

E2 168 1613,6 11,93 2270

E3 199 1324,3 16,41 4430

E4 225 1499,2 17,82 4400

E5 139 1393,6 11,35 2150

E6 144 1399,5 10,91 2030

Glede na pridobljene rezultate, smo nato izračunali povprečje vrednosti vseh vzorcev posamezne vrste plošče (preglednica 6). Ugotovili smo, da največjo upogibno trdnost prenese plošča brez ognjeodpornega dodatka, in sicer plošča A, katere povprečna upogibna trdnost je bila 23,11 N/mm². Po vrednosti upogibne trdnosti, se ji najbolj približa plošča B, ki ima povprečno upogibno trdnost pri 19,41 N/mm², vendar vsebuje le 5 % ognjeodpornega dodatka. Naslednja po vrsti, kar se tiče upogibne trdnosti, pa je plošča D, ki vsebuje 20 % ognjeodpornega dodatka, ter smo pri njej ugotovili tudi najboljše ognjeodporne lastnosti in ima povprečno upogibno trdnost 15,11 N/mm².

Preglednica 6: Povprečne vrednosti upogibne trdnosti ter modula elastičnosti posamezne vrste iverne plošče

Vrsta plošče σ (N/mm²) E (MPa)

A 23,11 3465

B 19,41 3810

C 11,68 1655

D 15,11 2982

E 13,77 3040

Po izdelavi končnih verzij zunanjih slojev smo izvedli še kontrolni eksperiment, kjer smo ugotavljali upogibno trdnost izdelanih plošč. Ugotovili smo, da so bile vrednosti upogibne trdnosti (pri 20 % ognjeodpornega dodatka) sicer nekoliko nižje (v povprečju 11,96 N/mm²), vendar še vedno blizu vrednosti, ki smo jo ugotovili v začetnih preizkusih (15,11 N/mm²). Ugotovili smo torej, da z večanjem deleža dodatka, upogibna trdnost upada.

Preglednica 7: Rezultati upogibne trdnosti F (št. preizkušanca 1-6) in plošče G (št. preizkušanca 7-12)

Št preizkušanca E (N/mm²) F (N) σ (N/mm²) a (µm) l (mm) t (mm) b (mm)

1 3710 116 12,88 1756,3 120 5,66 50,43

2 3200 91,5 10,26 1499,8 120 5,68 49,74

3 3350 117 12,82 1743,5 120 5,73 50,16

4 3980 157 18,6 2568,3 120 5,5 50,34

5 3440 98,8 11,76 2074,4 120 5,49 50,14

6 4450 203 19,79 2188 120 6,06 50,23

7 1290 66,3 6,737 3411,4 120 5,93 50,39

8 1770 86,1 9,628 4047,6 120 5,65 50,4

9 1590 57,4 5,766 2337,5 120 5,96 50,42

10 3710 154 15,54 1799,4 120 5,95 50,32

11 2350 96,6 10,62 2925,4 120 5,7 50,41

12 2240 78,1 9,064 2599,3 120 5,54 50,52

Povprečje 2923 110,2 11,96 2412,6 120 5,74 50,29

4.3 NATEZNA TRDNOST

Pri preizkušanju natezne trdnosti smo ugotavljali trdnost vezi med gradniki pri natezni obremenitvi, pri čemer smo poleg sile porušitve spremljali tudi deformacijo pri sili porušitve (preglednica 8).

Preglednica 8: Rezultati natezne trdnosti površinskega sloja plošč

Št. Preizkušanca a (mm) b (mm) F (N) dL (µm) σ (N/mm²)

A1 5,76 25,86 948 1907,1 6,36

A2 5,62 25,46 817 1663,5 5,71

A3 5,58 25,48 438 1190,6 3,08

A4 5,62 25,43 576 1424,9 4,03

A5 5,5 25,5 591 1358,6 4,21

A6 5,59 25,43 777 1611 5,47

B1 5,68 25,4 733 1554,6 5,08

B2 5,73 25,41 791 1558,6 5,43

B3 5,73 25,4 943 1569,4 6,48

B4 5,78 25,4 1050 1696,4 7,13

B5 5,66 25,33 659 1584,9 4,59

B6 5,68 25,73 749 1547 5,13

C1 6,92 25,38 275 1086,5 1,56

C2 7,05 25,61 310 1292,1 1,72

C3 6,96 25,4 394 1366 2,23

C4 6,94 25,42 621 1634,9 3,52

C5 7,01 25,43 579 1523 3,25

C6 7,01 25,53 261 1200,4 1,46

D1 5,84 25,38 1010 1529,1 6,84

D2 5,87 25,47 963 1337,9 6,44

D3 6,3 25,49 1150 1643,4 7,15

D4 6,29 25,47 1170 1639,1 7,31

D5 6,16 25,46 977 1528,5 6,23

D6 5,97 25,36 1270 1813,4 8,37

E1 5,68 25,46 874 1309,7 6,04

E2 5,62 25,41 945 1387,9 6,62

E3 5,74 25,5 942 1262,4 6,44

E4 5,67 25,42 997 1294,8 6,91

E5 5,69 25,46 822 1197,5 5,68

E6 5,74 25,45 850 1217,9 5,82

Preglednica 9: Povprečna vrednosti natezne trdnosti posamezne vrste iverne plošče

Vrsta plošče σ (N/mm²)

A 4,81

B 5,64

C 2,29

D 7,06

E 6,25

Največjo natezno trdnost smo ugotovili pri vzorcih iz plošče D. Povprečna vrednost natezne trdnosti je znašala 7,06 N/mm², kar je bilo boljše tudi od kontrolne plošče brez dodatka, kjer je povprečna natezna trdnost znašala 4,8 N/mm² (preglednica 9). Korelacije med količine dodatka in natezno trdnostjo nismo ugotovili.

Podobno kot pri upogibni trdnosti, smo tudi pri natezni izvedli kontrolne preizkuse na vzorcih iz plošč F in G (preglednica 10). Ugotovili smo, da povprečna natezna trdnost končne verzije plošče (ki je imela enak odstotek ognjeodpornega dodatka kot plošča D) ne odstopa od vrednosti, ki smo jo ugotovili v prvem preizkusu. V prvem preizkusu je imela plošča D povprečno vrednost 7,06 N/mm², končna verzija plošče pa 7,05 N/mm².

Preglednica 10: Vrednosti natezne trdnosti plošče F (št. preizkušanca 1-5) in plošče G (št. preizkušanca 6-10)

Št. preizkušanca E (MPa) F (N) σ (N/mm2) dL (µm) a (mm) b (mm) S (mm²)

1 312 803 4,92 1213,1 6,44 25,35 163,25

2 406 1010 6,22 1183,7 6,38 25,37 161,86

3 419 1530 9,42 1731,4 6,39 25,35 161,99

4 428 1310 8,13 1434,9 6,36 25,4 161,54

5 409 1240 8,39 1587,8 5,81 25,51 148,21

6 353 903 5,82 1337,3 6,08 25,53 155,22

7 330 842 5,43 1378,1 6,08 25,53 155,22

8 328 576 4,03 1083,2 5,62 25,39 142,69

9 396 1240 8,02 1541 6,08 25,48 154,92

10 462 1570 10,15 1732,5 6,06 25,52 154,65

Povprečje 384 1102 7,05 1422,3 6,13 25,44 155,96

4.4 POŽARNA ODPORNOST PO METODI RUSKE CEVI

Pri preizkusu požarne odpornosti po metodi ognjene cevi, smo opazovali spremembo mase preizkušanca. Ugotovili smo, da z količino ognjeodpornega dodatka do določene vrednosti (20 % dodatka) upada odstotek izgube mase. Pri preizkušancih brez ognjeodpornega dodatka, so vzorci povprečno izgubili okoli 41 % mase. Najboljši rezultat je dosegla plošča z 20 % ognjeodpornega dodatka. Ta je v povprečju znašal cca. 30 %. Pri plošči E, ki je vsebovala 30 % ognjeodpornega dodatka, kar je bilo največ med vsemi, je bil odstotek izgube mase okoli 32 % (preglednica 11).

Preglednica 11: Rezultati izgube mase po metodi ognjene cevi

Vzorec mz (g) mk (g) % izgube mase povprečje

A1 20,11 11,24 44,11

A2 22,08 12,39 43,89 41,29

A3 21,49 13,78 35,88

B1 22,65 14,1 37,75

B2 22,45 11,63 48,20 42,43

B3 23,97 14,06 41,34

C1 20,67 12,31 40,45

C2 18,41 9,78 46,88 39,40

C3 18,13 12,53 30,89

D1 21 12,58 40,10

D2 21,18 15,08 28,80 29,52

D3 21,7 17,43 19,68

E1 20,61 16,09 21,93

E2 21,82 12,91 40,83 31,99

E3 19,61 13,1 33,20

Po prvem preizkusu po metodi ognjene cevi smo torej ugotovili, da je optimalna količina ognjeodpornega dodatka za površinska sloja, 20 %. Zato smo pričeli z izdelavo končne verzije zunanjega sloja. Nato smo izvedli še kontrolni preizkus končne verzije zunanjega sloja po metodi ognjene cevi. V kontrolnem prezukusu smo ugotovili, da je bila povprečna izguba mase pri končnih zunanjih slojih okoli 29 % (preglednica 12). S tem smo potrdili odstotek izgube mase, pri 20 % ognjeodpornega dodatka.

Preglednica 12: Rezultati izgube mase pri končni verziji plošče

Vzorec mz (g) mk (g) % izgube mase

1 17,87 10,41 41,7

2 17,61 10,45 40,7

3 18,45 15,20 17,6

4 19,14 13,62 28,8

5 19,88 16,01 19,5

6 19,18 13,96 27,2

Povprečje 18,68 13,27 29,3

4.5 POŽARNA ODPORNOST PO METODI ''HOT PLATE''

Podobno kot pri metodi ognjene cevi, smo tudi pri metodi vroče plošče spremljali izgubo mase. V prvem preizkusu so bili vzorci dimenzij 120 mm × 120 mm. Po približno eni minuti na vroči plošči (400 °C), so se preizkušanci zaradi majhne debeline začeli upogibati (slika 12). Nato smo prihodnje preizkušance obtežili (slika 13).

Slika 12: Upogibanje preizkušancev na vroči plošči

Slika 13: Obtežen preizkušanec na vroči plošči

Preglednica 13: Rezultati prvega preizkusa po metodi ''hot plate''

Vzorec mz (g) mk (g) % izgube mase

A 104,35 79,75 23,6

B 111,98 81,5 27,2

C 145,79 116,38 20,2

D 120,03 87,11 27,4

E 126,97 93,53 26,3

Preglednica 14: Rezultati drugega preizkusa po metodi ''hot plate''

Vzorec mz (g) mk (g) % izgube mase

A 58,64 42,44 27,6

B 57,17 41,12 28,1

C 58,94 39,64 32,7

D 56,04 35,59 36,5

E 54,03 36,75 32,0

Preizkus smo nato ponovili z manjšimi vzorci dimenzij 100 mm × 100 mm. Predvidevali smo, da vzorcev zaradi manjših dimenzij ne bo potrebno obtežiti. Preizkušanci so se vseeno pričeli upogibati, vendar manj kot v prvem preizkusu. Zato smo tudi v drugem preizkusu dobili precej različne podatke (preglednica 14). Zaradi vseh težav pri preizkusu, rezultatov nismo upoštevali pri izbiri optimalne količine ognjeodpornega dodatka za površinska sloja.

4.6 POŽARNA ODPORNOST PO METODI MALEGA PLAMENA

Pri požarni odpornosti po metodi malega plamena, so bili rezultati le vizualni. Pri vseh vzorcih površinskih slojev je po okoli 10 s prišlo do pojava dima. Padajočih gorečih delcev nismo opazili pri nobenem vzorcu. Sama višina ožgane površine je bila precej podobna za vse vzorce, ni pa presegla 150 mm. Opazili pa smo, da je bila pri plošči D višina ožgane površine najmanjša med vsemi vzorci (slika 14).

Slika 14: Preizkušanci po preizkusu po metodi malega plamena (od leve: A, B, C, D, E)

Torej tudi ta preizkus je potrdil, da je plošča D najboljša, kar se tiče mehanskih ter ognjeodpornih lastnosti, torej je optimalna količina protipožarnega dodatka (Melamid 50) 20 %.

Enak preizkus smo ponovili tudi na sredicah, ki so bile sestavljene iz gradnikov slame.

Ugotovili smo, da je bila najmanjša višina ožgane površine pri plošči z 10 % dodatka (slika 15), in sicer je znašala 6,5 cm. Ta plošča je bila na površini tudi najbolj kompaktna, zato ni prišlo do odpadajočih gorečih delcev. Plošči brez dodatka ter z 20 % ognjeodpornega dodatka sta bila na površini nekoliko bolj hrapavi oz. ne toliko kompaktni, zato smo opazili tudi nekaj odpadajočih gorečih delcev. Tudi višina ožgane površine je bila višja, in sicer pri plošči brez dodatka 8 cm, pri plošči z 20 % dodatka pa 7,5 cm).

Slika 15: Preizkušanci iz gradnikov slame po preizkusu (od leve: 0 %, 10 %, 20 % ognjeodpornega dodatka)

Glede na rezultate preizkusa smo sklepali, da je optimalna količina dodatka Melamida 50 za izdelavo sredic iz gradnikov slame, 10 %.

4.7 TOPLOTNA PREVODNOST

Rezultati meritev toplotne prevodnosti in toplotne upornosti so predstavljeni v preglednici 15.

Preglednica 15: Rezultati meritev toplotne prevodnosti in toplotne upornosti Vzorec Debelina

[mm]

Gostota

[kg/m³] ΔT [K] Povprečna

T [°C] R [m²K/W] λ [W/mK]

S 0 44,2 139 12,70 11,53 1,55 0,0285

S 10 42,6 145 11,86 11,86 4,03 0,0156

S 20 43,8 157 12,62 11,50 1,36 0,0322

Rezultati toplotne prevodnosti in upornosti kažejo, da imajo plošče iz slame 10%

dodatkom Melamida 50 najnižjo toplotno prevodnost, zato smo za izdelavo lahkega panelnega sistema uporabili ploščo iz slame z 10 % dodatkom Melamid 50.

4.8 POŽARNA ODPORNOST PO METODI MALEGA PLAMENA PO ROBU

Pri končnem preizkusu požarne odpornosti po metodi malega plamena po robu smo primerjali zgube mas pri kompozitih brez dodatka, ter z optimalnim dodatkom (preglednica 16). Glede na prejšnje preizkuse smo za optimalni dodatek pri površinskih slojih izbrali 20

%, za sredico iz slame pa 10 %. Ugotovili smo, da je pri kompozitu brez dodatka prišlo do cca. 2,3 % izgube mase, pri kompozitu z optimalno količino dodatka pa cca. 1,5 %. Torej je bilo razmerje med kompozitom brez dodatka in kompozitom z optimalno količino dodatka, 0,6, kar je sorazmerno velika razlika v ognjeodpornosti.

Preglednica 16: Rezultati končnega preizkusa po metodi malega plamena po robu

Vrsta plošče mz (g) mk (g) % izgube mase

Brez dodatka 234,97 229,55 2,31

Optim. % dodatka (20 % površinska

sloja, 10 % sredica) 355,34 350,17 1,45