Search

A doctoral thesis is the result of about five years' intensive work within a special field, in my case wood technology. The research results which are produced during these years are presented in the form of a thesis. Theses are unfortunately often written for like-minded people, i.e. by scientists for scientists and with a detailed language which is difficult to understand. The result is that very few persons read the theses although the content may well be of value to a broader circle of readers. However, I have during my whole research period considered it important that the research results shall be understood by people in the branch. This booklet is an attempt to describe briefly the most important results presented in my doctoral thesis. I also wish to illuminate more or less forgotten knowledge about the annual ring orientation in wood. The general aim is to try to facilitate the communication between wood research and the industry in order to achieve a more efficient utilization of the research results.

När trä används utomhus, spelar det någon roll för åldrandet av virket hur det har sågats i förhållande till årsringarna? Undersökningar av furu- och granytor, som exponerats utomhus under flera år, visar att den exponerade ytans förhållande till årsringarna har betydelse för sprickbildningen. Virke med stående årsringar spricker betydligt mindre än virke med liggande årsringar., Atstandard saw pattern tangential surfaces are exposed, while the star-sawingmethod gives radial surfaces. The development of cracks and changes inappearance have been investigated on radial and tangential surfaces of pine(Pinus silvestris L) and spruce (Picea abies Karst) which have been exposed foroutdoor climates for 33 months. The degradation of the surfaces has also beenstudied at the micro-level. The annual ring orientation is the most importantfactor for crack development on weathering. The type of wood and impregnationtreatment has only a marginal effect on the crack development. After 33 monthsof outdoor exposure, tangential surfaces of pine have 13 times more total cracklength per unit area than the corresponding radial surfaces. In spruce, thetotal crack length on the tangential surfaces is 6 times greater than on theradial surfaces. Tangential surfaces of both pine and spruce have a greaternumber of cracks per unit area and wider cracks than the corresponding radialsurfaces. Tangential and radial surfaces show the same colour change in thesurface as a result of weathering. On the micro-level, tangential surfaces havemore and deeper cracks than radial surfaces. The cracks on the tangentialsurfaces occur frequently in both earlywood and latewood. On radial surfaces,cracks occur primarily at the annual ring borders, but to a certain extent alsoin the earlywood. The radial cell wall of the earlywood has a large number ofpits, which are degraded at an early stage. Decomposition of the cell walltakes place on both radial and tangential surfaces. Delamination in the middlelamella is especially noticeable in the latewood on tangential surfaces.

This work describes distortion (bow, crook, twist, cup) and crack formation in green and seasoned timber of Scots pine and Norway spruce.Distortion and crack formation have been evaluted for the timber pieces according to their original location in the log, annual ring orientation, growth stresses, juvenile wood, reaction wood and location ofthe pith. The purpose is to describe differences in distortion and crack formation between sawn timber from the new sawing pattern Star-sawing and traditional sawing patterns. A total of 107 so-called oversized logs (> 30 cm) have been sawn with three different sawing patterns into a total of749 pieces oftimber. Measurements ofthe distortion and crack formation have been made immediately after sawing and after seasoning followed by three month ofconditioning to a moisture content of 9.5 %. Bow and crook occurs in the green timber immediately after sawing as a result of released growth stresses that occur in the tree. During seasoning bow and crook are changing both in magnitude and direction. The green timber pieces are normally distorted (concave) to the sapwood side as a result of growth stresses. The direction is most apparent in pieces that are sawn close to the pith. However, during seasoning, due to the high longitudinal shrinkage ofthe juvenile wood, the timber will be more straighten or the distortion will change direction which is opposite to the one before seasoning. Seasoning normally results in a lower number of pieces with bow or crook, while the corresponding mean value gets higher. This is independent ofthe annual ring orientation of the timber. Directly after sawing twist and cup do not occur. Twist and cup arise during seasoning ofthe timber. The pith and the juvenile wood have a major influence on twist in timber, which means that timber sawn close to the pith have greater twist than timber sawn away from the pith. Twist is related to the fibre orientation in the timber. Cup is a consequence ofthe shrinkage, Deformationer (flatböj, kantkrok, skevhet, kupning) oeh sprickforekomst har undersökts före och efter torkning för sågat virke av furu och gran. Dessa kvalitetssänkande faktorer har utvärderats med avseende på virkets läge i stocken, årsringsorientering i virkestvärsnittet, växtspanningar, juvenilved, märgläge och reaktionsved. Syftet har varit att klargöra om det nya sågmönstret Stjärnsågning ger skillnader ur deformations- och sprickhänseende hos det utsågade virket jamfört med traditionella sågmönster. Totalt 107 övergrova stockar (> 30 cm) har sönderdelats med tre olika sågmönster till totalt 749 virkesstycken. Deformationer och sprickförekomst har bestärnts för detta virke direkt vid sönderdelningen, samt efter torkning med påföljande konditionering under tre månader till fuktkvoten 9,5 %. Flatböj och kantkrok förekommer hos virket direkt efter sönderdelningen, vilket är ett resultat av växtspänningar i trädet som frigörs i och med såningen. Vid torkningen förändras flatböj och kantkrok till både storlek och riktning. Riktningsberoendet som uppträder är mest påtaglig hos det virke som är utsågat nära märgen. Dessa bitar är vanligtvis deforrnerade (konkava) mot splintsidan innan torkningen på grund av växtspanningar. Vid torkningen medför juvenilvedens större longitudinella krympning att deforrnationen mer eller mindre balanseras ut (virket blir mer rakt) eller att deforrnationen får motsatt riktning jarnfört före torkningen. Torkningen medför i allmänhet att antalet virkesstyeken med flatböj eller kantkrok minskar, medan motsvarande medelvärden ökar. Detta är oberoende av årsringsorienteringen i virket. Virket uppvisar ingen skevhet eller kupning omedelbart efter sönderdelningen. Skevhet och kupning uppkommer när virket torkas. Märgen och juvenilveden har en avgörande betydelse för graden av skevhet hos virket, vilket innebar att virke utsågat nära märgen har större skevhet än virke utsågat längre från märgen. Detta har samband med fiberorienteringen i virke

Furuprover har komprimerats isostatiskt vid rumstemperatur i syfte att utvärdera vad som sker i cellstrukturen vid stora deformationer. Provema hade antingen stående eller liggande årsringar. Fuktkvoten vid komprimeringen var 10 %. Komprimeringsgraden har bestämts samt den återsvällning som erhålls när de komprimerade provema fuktas upp i vatten. Förändringar i cellstrukturen undersöktes i ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope). Komprimeringen var 2,3 gånger, vilket innebar att densiteten ökade från i medeltal 539 kg/m3till 1218 kg/m3. Vårveden komprimerades betydligt mer än sommarveden. Komprimeringen var störst i radiell riktning som en följd av att sommarveden ej motverkade deformationen av vårveden, vilket är fallet i den tangentiella riktningen. I longitudinell riktning var komprimeringen mycket liten. Vid uppfuktningen av de komprimerade provema återgick komprimeringen till 90 %. I radiell riktning var återsvällningen 4 gånger större än i tangentiell riktning. Någon inverkan av årsringsorienteringen kunde inte påvisas. Vid ESEM-studien kunde omfattande sprickbildning i cellväggarna observeras i både vår- och sommarveden., The aim of this study was to evaluate the response of the cellwall structure in Scots pine (Pinus sylvestris L.) samples to an isostatic compression. The annual ring orientation of the samples was either radial or tangential. The compression set of the each samples was determined during compression at a mean moisture content of 10 % and a temperature of 20°C. The structural changes were investigated in the Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM). The samples were compressed between 50 to 70 % of their original thicknesses, which means the density of the samples was between 539 Kg/m3 to 1218 Kg/m3, according to composite mechanic, we can assume that the early and latewood are in parallel in the radial direction. This suggests that in the radial direction compared to the latewood the earlywood will be compressed significantly. The longitudinal compression was insignificant. The compressed wood retained up to 90 % of its original dimension when it was immersed in water. The swelling in the radial direction was four times greater than in the tangential direction. Cracks as a result of the compression deformation were observed both in the early-and late wood cellwalls.

The objective of this study was to investigate the deformation and formation of cell wall damage under constant load and varying moisture content. The paper presented describes the creep behaviour of clear sapwood pine (Pinus silvestris L.)samples subjected to a four points bending load. The size of the samples was 10 by 10 by 400 mm. The mean maximum bending strength of matched samples were determined at 8,3±0,2 % moisture content. Then samples were loaded at 0, 5, 20 and 40 % loading levels. The direction of the load applied was either tangentially or radially with respect to the annual ring orientation. Finally. the deflection and the twisting of each samples were determined. The creep test was completed after about eight months and a number of samples were selected for microscopic study in the ESEM. The test result can be summerized as follows: -Samples loaded radially showed more twist compared to samples loaded tangentially. -The direction of twist of samples loaded in the radial direction depends on whether the sap-or heartwood is on the tensile side. -No difference was found in deflection between samples loaded in the radial and tangential direction. -The load level has influence both on the deflection and twist. -Irreversible deformation was observed after unloading that followed by moisture cycling. Damage or checks and foldings of cell wall were well observed on samples that were loaded and exposed to climate changes. Damage is affected by load level directly. The result obtained clearly indicated that the major factor influencing creep deformation is the loading direction in relation to the annual ring and grain orientation. Futher it was observed that the specimen loaded between 5 to 40 % load levels have developed cell wall damages. These damages might partly be the cause for the irreverible deformation that has been recorded after unloading that was followed by moisture cycling., Syftet med föreliggande undersökning har varit att undersöka om skador uppstår i cellväggen då trämaterialet utsätts för fuktvariation under samtidig konstant belastning. Provkkroppar av felfri furuplint (10 x 10 x 400 mm) har utsatts för fyrpunkts böjbelastning under cykliskt varierande fuktkvot, 5/17 %. Proverna har utsatts för fyra belastningsnivåer: 0, 5, 20 respektive 40 % av böjbrottlastenvid 8,3 ±0,2% fuktkvot för matchande provkroppar. Lastriktningen var antingen radiellt eller tangentiellt årsringarna. Utböjningen samt vridningen (torsion) hos proverna har bestämts. Efter att själva krypförsöket har avslutats har delar av provmaterialet undersökts i ESEM. Följande nämnvärda reslutat har observerats: -Radiellt belastade prover vrider sig mer än tangentiellt belastade. -De radiellt belastade proverna vrider sig i olika riktningar beroende på om provets kärn- eller splintsida är dragbelastad. -Ingen skillnad i utböjning mellan radiellt och tangentiellt belastade prover -Lastnivån inverkar på både utböjning och vridning - Deformation kvarstår efter avlastning och påföljande funktcykling -Skador i form av sprickor och veckbildning i cellväggarna uppkommer hos de prover som under belastning utsatts för varieranade fuktkvot. Skadorna tilltar med ökad belastning. Den genomförda undersökningen visar att årsrings- och fiberorienteringen inverkar på deformationen vid böjbelastning på sådant sätt att provkroppar uppvisar olika deformationsbeteende beroende på lastens riktning i förhållande till årsringsorienteringen i provernas tvärsnitt. Vidare visar undersökningen att krypning, vid belastningsnivåer mellan 5 och 40 %, medför skador i cellstrukturen och att dessa skador till viss del kan var förklaringen till att deformationen vid avlastning och efterföljande fuktcykling ej är helt återgående.

The development of cracks and changes in appearance have been investigated on radial and tangential surfaces of pine (Pinus silvestris L) and spruce (Picea abies Karst) which have been exposed outdoors for 33 months. The degradation of the surfaces has also been studied at the micro-level. Untreated samples, samples impregnated with a CCA-agent and samples surface treated with linseed oil have been tested. The annual ring orientation is the most important factor for crack development on weathering. The type of wood, impregnation treatment and surface treatment with linseed oil have only a marginal effect on the crack development. No relation has been found between the density of the samples and the crack development. After 33 months of outdoor exposure, tangential surfaces of pine have 13 times more total crack length per unit area than the corresponding radial surfaces. In spruce, the total crack length on the tangential surfaces is 6 times greater than on the radial surfaces. Tangential surfaces of both pine and spruce have a greater number of cracks per unit area and wider cracks than the corresponding radial surfaces. Tangential and radial surfaces show the same colour change in the surface as a result of weathering. On the micro-level, tangential surfaces have more and deeper cracks than radial surfaces. The cracks on the tangential surfaces occur frequently in both earlywood and latewood. On radial surfaces, cracks occur primarily at the annual ring borders, but to a certain extent also in the earlywood. The radial cell wall of the earlywood has a large number of pits which are degraded at an early stage. Decomposition of the cell wall takes place on both radial and tangential surfaces. Cracks arise which follow the S2 fibril orientation in the cell-wall. Delamination in the middle lamella is especially noticeable in the latewood on tangential surfaces. No differences have been observed regarding linseed oil treatment, impregnation or type of wood., Sprickförekomst har undersökts hos radiella och tangentiella furu- och granytor som exponerats utomhus i 33 månader. Inverkan av impregnering och ytbehandling med linolja har också testats. Den exponerade ytans orientering i förhållande till årsringarna är den parameter som har i särklass största betydelsen för sprickbildningen. Träslag, impregnerings och linoljebehandling har endast marginell betydelse. Samband mellan provernas densitet och sprickförekomst har inte kunnat påvisas. Tangetiella ytor av furu har 13 gånger större spricklängd per areaenhet än radiella ytor. För gran är motsvarande värde 6 gånger. Antalet sprickor och sprickbredden är också större på tangentiella ytor än på radiella ytor. Vid undersökning av de exponerade ytorna i ESEM har tydliga tecken på nedbrytning kunnat påvisas. Det skikt av krossade fibrer som fås vid mekanisk bearbetning av trä erroderar bort i ett tidigt skede. Därefter angrips porer och ligninrika områden. Sprickor uppstår i fiberväggar och mellan fibrer.

The aim of this litterature survey is to aquire knowledge about quarter sawn timber used for windows. The durability of heart wood in Scots pine is also discussed. The pinosylvin fenols content in heart wood of Scots pine gives higher durability compared to sap wood. The pinosylvin content vary in a tree as well as between trees. When used without contact with ground, the durability of heart wood is sufficient to give protection against fungi attacks. This presume a construction where moisture content normally is low. When quarter sawn timber is used in windows, as an example, it is of great importance to separate the pith and the surrounding juvenile wood when the log is sawn. The reasons are: In the centre of the stem of living trees it may occure cracks, so called heart shakes. These cracks will be futher developed during drying of the sawn timber. The unfavourable properties as well as the small radius of the annual rings close to pith in the juvenile wood cause cracks and warp, which makes the wood undesierable for windows. The content of pinosylvin in the heart wood is lower close to the pith compared to the outer parts of the heart wood. Several investigations indicate that wood for outdoor usage should be quarter sawn. The reasons are a lesser moisture movment as well as lower tendency for cracking. The exposed surface should be radially sawn to avoid cracking., Denna litteraturundersökning har syftat till att belysa befintlig kunskap om användningen av virke, då främst furu, med stående årsringar i fönster. Därutöver belyses furukärnvedens beständighet ovan mark. Furukärnvedens beständighet är bättre än splintvedens på grund av att kärnveden innehåller pinosylvinfenoler. Halten av pinosylvin varierar såval inom det enskilda trädet som mellan olika träd. Vid användning av trä ovan mark tyder många undersökningar på att kärnvedens beständighet ger tillräckligt skydd mot svampangrepp, under förutsattning att konstruktionen i övrigt är gjord så att fuktkvoten normalt ligger på en låg nivå. Då virke med stående årsringar används är det viktigt att märgen och den juvenila veden tas bort redan vid sönderdelningen. Orsakerna till detta är flera: Det kan förekomma så kallade kärnsprickor i det levande trädet som utgör initieringspunkter för fortsatt spricktillväxt vid torkning av det sågade virket. Den juvenila vedens sämre egenskaper jämfort med normalved, samt krökningen på årsringarna nära märgen gör denna ved olämplig att använda i fönster, på grund av ökad risk för sprickor och formförändringar. Pinosylvinhalten i furukärnveden är lägre i märgområdet jämfört med i den perifera kärnveden. Flera undersökningar pekar på att då trä används i väderexponerade konstruktioner skall stående årsringar användas, dels på grund av att fuktrörelsen minimeras, dels på grund av mindre sprickrisk. De mest väderexponerade ytorna bör vara radiella.

This investigation describes the non-recoverable deformation in Scotch pine (Pinus silvestris L) specimens. The specimens have been loaded in bending and exposed to cyclic moisture content variation before unloading and subsequent resoaking in water and drying. The deformation of the unloaded specimens were recorded before resoaking and after drying and then, the degree of recovery was determined. Recovery is here defined as ratio between change of deformation during the resoaking cycle and the deformation before resoaking. Two test groups have been investigated, that is samples loaded in the radial and tangential direction, respectively. Finally, the specimens were examined in scanning electron microscope, SEM, to study the pattern of micro-cracks. The result shows that the mean recovery is about 80 %for the specimens indepentent of direction of load. This confirm, that most of the mechano-sorptive creep is recoverable. The SEM-study show cracks in the cell walls and the nature of the cracks is dependent on the direction between the load and annual ring orientation., I detta arbete undersöks den kvarstående deformationen hos små provkroppar av furu (Pinus silvestris L) som utsatts för böjbelastning och samtidig cyklisk varierande fuktkvot. Två provgrupper har undersökts, dels prover belastade radiellt årsringama, dels prover belastade tangentiellt årsringarna. Efter avlastning uppfuktades provkroppama i vattenbad varefter de åter fick torka och återhämtningen bestämdes. Återhämtning har definierats som skillnaden i utböjning före och efter uppfuktning och torkning i förhållande till utböjningen före uppfuktning. Provema har även undersökts i svepelektronmikroskop (SEM).Resultaten visar att återhämtningen var omkring 80 % oberoende av belastningsriktning. Detta bekräftar att stor del av den krypdeformation som erhölls vid fuktcykling under belastning är reversibel. SEM-studien visar att brott uppstår i cellväggama vid mekanosorptiv krypning under relativt måttlig belastning, 30 procent av böjbrottgränsen vid 12 % fuktkvot, och att skadornas karaktär är beroende av belastningsriktningen i förhållande till årsringsorienteringen

This work describes deformation and crack formation in sawn timber of pine and spruce after the first drying and subsequent cycles of resoaking in water and drying. The influence of annual ring orientation and occurence of juvenile wood has been determined. In addition, influence of density, type of wood, deviation of annual ring orientation, occurence of compression wood, annual ring orientation on the surface, the surface in relation to the location of the pith and whether the surface is wet or not when immersed in water were examined. When timber is exposed to repeated cycles of wetting and drying, the deformation, viz spring, bow, twist and cup, increases and is greater at the first cycle. The influence of annual ring orientation on spring, bow and twist depends on sort of deformation and type of wood. Generally, results showed that timber with vertical and half vertical annual rings have less deformation (mean values) than plain sawn timber and timber that contains pith. Cup is mainly caused by the transverse anisotropy and strongly influenced by the radius of the annual ring. There for, timber with vertical annual rings regrets cup. Spring, twist and, specially, bow are strongly influenced by compression wood. Large amount of compression wood in sawn timber increases the deformation. The distance between sawn timber in the log and the pith with surrounding juvenile wood is of big significance for cracking. Results show, that timber containing pith tends to crack when dried conventionally. The amount of boards with cracks where 3-4 times greater in timber sawn near the pith (the distance between the board and the pith is less than 30 mm) but without pith, compared to timber sawn away from pith. During moisture cycling the amount of boards with cracks increased irrespective of location in the cross section of the stem and was greater for pine than spruce. Timber, sawn near the pith or distinctly containing pith have a higher relative crack length compared to tim, I detta arbete har deformationer och sprickbildning hos sågat virke undersökts dels efter torkningen, dels efter det att virket utsatts for en till tre cykler av uppfuktning och uttorkning. Det undersökta materialet har bestått av furu och gran. Betydelsen av årsringsorienteringen tvärsnittet och förekomsten av juvenil ved i virket för deformationer och sprickor, har undersökts. Därutöver har även inverkan av följande faktorer undersökts: densitet, träslag, årsringssnedhet, förekomst av tjurved, årsringsorientering i virkesytan, virkesytans läge i förhållande till märgen, ytans uppfuktningsförhållanden. Deformationer och sprickor hos virke påverkas av att virket utsatts för upprepade cykler av uppfuktning och uttorkning. Deformationerna, det viIl säga kantkrok, flatböj, skevhet och kupning, ökar för varje fuktcykel och ökningen är störst vid den första cykeln för att sedan plana ut. Årsringsorienteringens betydelse for samtliga deformationsslag utom kupning är inte entydig utan varierar beroende på slag av deformation och mellan de olika träslagen. Generellt kan man säga att virke med halvt stående och stående årsringar har lägre medelvärden för deformationema än virke med liggande årsringar och virke med märg. Kupningen påverkas starkt av årsringskrökningen i virkets tvärsnitt. Detta leder till att virke med stående årsringar saknar kupning. Av de övriga parametrar som undersökts är det förekomsten av tjurved som har den största inverkan på deformationerna. Virke med stor andel tjurved uppvisar stora deformationer och resultaten i undersökningen tyder på att flatböj påverkas i högre grad av tjurved an kantkrok och skevhet. För uppkomst av sprickor i virke ar märgens och den juvenila vedens läge i förhållande till det utsågade virket av stor betydelse. Denna undersökning visar att virke, furu eller gran, som innehåller märg inte kan torkas med konventionella metoder utan att få sprickor. För virke som sågas ut nära märgen, men där märgen inte är innesluten i tvärsni

This review of previous investigations is limited to the most descriptive material perceived by the authors to the actual phenomenon called "mechano-sorptive creep in wood". A detailed explanation of the situation today is presented, focusing on the macroscale considerations, highlighting also the influence of microscaled componenet (morphology, chemistry) in wood, which may provide an importat explanation of the phenomenon. A discussion is performed combined with major conclusions on the subject.

En litteraturstudie över fotokemisk nedbrytning av trä har genomförts. Såväl nedbrytningen av de enskilda beståndsdelarna i träet, det vill säga cellulosa, hemicellulosa, lignin och en flertal extraktivämnen, som av den makroskopiska träsubstansen, har behandlats. Till skillnad från många av de litteraturstudier som tidigare har utförts inom dena område, har tonvikten inte lagts på de kemiska reaktionerna som sker då trä exponeras för elektromagnetisk strålning, utan mer på själva träets nedbrytning på makroskopisk nivå. Skillnader i nedbrytningsmönster mellan virke med stående respektive liggande årsringar har också belysts.

Den starkt anisotropa karaktaren hos traets krympning och svaIlning, medfOr att virket deformeras olika, beroende pa var i tvarsnittet det sagas ut. Detta arbete, behandlar nagra av de fen omen som ligger bakom dessa deformationer och fOrsoker att pa ett enkelt satt askactliggora hur effekten blir pa virke som ar framtaget med nagra olika sonderdelningsmetoder. De sonderdelningssatt som behandlas ar: genomsagning, fyrsagning och stjarnsagning och darutOver studeras torkningen av en icke sonderdelad trissa. De deformationer som uppstar under torkning, har dokumenterats genom fotografering av 20-30 millimeter langa virkesamnen, iform av en hel trissa eller trissor uppkapade i de olika sagmonstren. Torkningen har utforts i rumsklimat och nagra fOrsok att efterlikna artificiell torkning har inte gjorts. En helt nytt sonderdelningsfOrfarande, stjarnsagning, har studerats. Stjarnsagning ar en radialsagningsteknik ur vilken man kan erhaIler sex planparallella och sex triangulara virkesamnen, samtliga med staende arsringar. Resultaten bekriiftar tidigare, ur deformationshanseende, kanda fOrdelar hos virke med staende arsringar, gentemot virke med liggande arsringar. Dessa fOrdelar ar namligen: • Virke med smende arsringar har en likformig krympning och svaIlning, vilket medfor att virkesamnet bibehaIler sin ursprungsform och kupar sig inte. • Virke med smende arsringar far en kontrollerbar rorelse vid fuktvariationer. • Virke med staende arsringar har en mindre benagenhet att fa torksprickor som en fOljd av krympningsanisotropin. Dessutom har det stjarnsagade virket en distinkt orientering av juvenil-, karn-och splintved. Detta medfOr den fOrdelen att den samre juvenilveden enkelt kan franskiljas fran ovrig ved och den mer bestandiga kamveden kan orienteras at det haIl dar pMrestningama fran till exempel regn ar som storst., Examensarbete