Tiitta Markku (FM) 24.11.2006

Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta

Fysiikka

Non-destructive methods for characterisation of wood material (Ainetta rikkomattomat menetelmät puumateriaalin karakterisointiin)

Vastaväittäjät: Tutkimusprofessori Arto Usenius, VTT ja dosentti, ylifyysikko Jari Heikkinen, Mikkelin keskussairaala
Kustos: Professori Hannu Olkkonen, Kuopion yliopisto


Väitöskirjan tiivistelmä:


Ainetta rikkomattomat menetelmät puumateriaalin karakterisointiin

Kosteuspitoisuus, tiheys ja laho ovat merkittäviä tekijöitä puun käyttöön liittyen. Tiheys ja kosteuspitoisuus vaikuttavat puun fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Kosteuspitoisuuden vaikutus on suuri erityisesti alhaisilla kosteuksilla. Kosteuspitoisuus ja kemialliset ominaisuudet ovat merkittäviä tekijöitä liittyen puun homehtumiseen ja lahoamiseen. Näin ollen tieto puun ominaisuuksista ja kunnosta on erittäin tärkeää jokaisessa vaiheessa prosessoitaessa puuta elävästä puusta lopputuotteeksi sekä käytettäessä puuta eri sovelluksissa.

Optimaalinen ratkaisu tiedon saamiseksi olisi käyttää täysin ainetta rikkomattomia menetelmiä. Tässä tutkimuksessa on selvitetty puun ominaisuuksien ja ainetta rikkomattomien menetelmien välisiä yhteyksiä ja keskitytty erityisesti jakaumien ja gradienttien spektroskooppisiin analyyseihin. Päätavoitteena oli kehittää uusia menetelmiä ja laitteita puun sisäisten ominaisuuksien ja vikojen karakterisointiin.

Väitöskirjatyössä tutkittiin kolmea uutta, ainetta rikkomatonta menetelmää. Menetelmät perustuivat sähkömagneettisen ja akustisen spektrin mittauksiin.

Ensimmäisessä osassa käytettiin sähköistä impedanssispektroskopiaa, joka perustuu matalataajuisiin sähkömagneettisiin aaltoihin. Sähköisiä malleja käytettiin analysoitaessa kosteusgradienttia, lahoa sekä muita puun ominaisuuksia kuten tiheyttä ja uuteainepitoisuutta. Uusia sähköisiä malleja ja tekniikoita tutkittiin, ja kehitettiin kannettava impedanssispektroskopiaan perustuva mittalaite, jolla voidaan analysoida puun sisäistä kosteusgradienttia.

Toisessa osassa tutkittiin ultraäänellä liimapalkkien sisäisen lahojakaumien määritystä käyttäen useita ultraääniparametreja. Kolmas menetelmä oli gammasäteilyn vaimennusmittaus. Puun kosteus- ja tiheysjakaumien määrityksiin kehitettiin gammasäteilyyn perustuva mittalaite. Tutkittuja puumateriaaleja olivat Douglas-kuusi, koivu, kuusi ja mänty.

Tutkimuksen mukaan impedanssispektroskopialla, ultraäänellä ja gammasäteilyn vaimennusmittauksella saadaan aiempaa tarkempaa tietoa puun sisäisistä materiaaliominaisuuksista suhteessa puuteollisuudessa ja -tutkimuksessa nykyisin käytettäviin ainetta rikkomattomiin menetelmiin.

Impedanssispektroskopia mahdollistaa kosteusgradientin määrityksen. Tarkimmat tulokset saavutettiin kosteuspitoisuuden vaihdellessa välillä 7–20 %. Ultraäänitutkimuksen mukaan ei ole mahdollista saavuttaa tarkkoja tuloksia liimapalkkien lahoanalyyseissä käyttämällä pelkästään yksittäisiä ultraääniparametreja. Käyttämällä useita ultraääniparametreja liimapalkin sisäisiä lahojakaumia voitiin luokitella huolimatta puun ominaisuuksien vaihteluista ja vioista. Kehitetty gammasäteilyn vaimennukseen perustuva mittalaite mahdollistaa puun sisäisten kosteusjakaumien määrityksen kaksivaiheisesti ja tiheysmäärityksen yksivaiheisesti hyvällä spatiaalisella resoluutiolla.


Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet. ISBN 951-27-0680-6


Kuopion yliopisto
Viestintä
tiedotus_at_uku.fi