Influencia del aumento de la densidad y nivel de adhesivo en las propiedades mecánicas de tableros de partículas de
Chusquea culeou. aglomerados con ureaformaldehído
I n f l u e n c e o f t h e i n c r e a s e d e n s i t y a n d resin level o n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f Chusquea culeou p a r t i c l e b o a r d a g g l o m e r a t e d w i t h u r e a f o r m a l d e h y d e
C . D . O . : 8 3 2 . 2 : 8 1 2 . 7
C A R L O S R I J O
Avda. Fernando de Navarrete 119, Santo Domingo, República Dominicana
SUMMARY
The effect of increasing solid resin, and the density of manufactured Chusquea culeou Desv. particleboard, agglome
rated with ureaformaldehyde was studied.
The one-layer boards were 11 mm thick, and were manufactured using shaves like those used in coke layers. The Densities studied were 450, 550, 650 and 750 Kg/m3 and the resin levels 6, 7, 8, 9 and 10% based on oven-dry shave weigth.
Mechanical properties were tested according to DIN standard, and were analized by linear regression. A high correlation between studied mechanical properties and density was found.
The adhesive effect was significant for the bending strength only over a 600 Kg/m3 density and with a resin level over 8%. Concerning internal bond, the increase resin level is advantageous in all studied densities.
RESUMEN
Se estudia el efecto al incrementar el nivel de resina sólida como de aumentar la densidad en tableros de partículas elabora
das con virutas de Chusquea culeou Desv., aglomerados con ureaformaldehído.
Los tableros se elaboraron de una sola capa, con virutas del tipo capa media, con un espesor de 11 mm. Las densidades estudiadas correspondieron a 450; 550; 650 y 750 k g / m3; los niveles de adhesivos estudiados fueron 6, 7, 8, 9 y 10%, basado en el peso anhidro de las virutas.
Los ensayos de las propiedades mecánicas se realizaron de acuerdo con las normas DIN y se analizaron mediante regresión lineal; se encontró un alto grado de correlación entre las propiedades mecánicas estudiadas y la densidad.
El efecto del adhesivo sobre la flexión fue significativo en los tableros de densidad superior a 600 kg/m3 y con niveles de adhesivo mayores a 8%. En la resistencia a la tracción, el aumento del nivel de adhesivo es positivo en todos los niveles de densidad estudiados.
De acuerdo con los resultados Chusquea culeou Desv. puede ser incluida en los tableros de partículas con densidades superiores a 600 k g / m3 y con niveles de adhesivo superiores al 8%.
INTRODUCCION L a a l t a p r o d u c c i ó n p r i m a r i a d e c o l i g ü e p e r m i t e a s e v e r a r q u e s u u t i l i z a c i ó n in
L a e s p e c i e b a m b u s e a e c o l i g ü e ( C h u s q u e a
d u s t r i a l p o d r í a ser r e n t a b l e . culeou D e s v . ) se d e s a r r o l l a n a t u r a l m e n t e en
C h i l e d e s d e M o l i n a ( 3 5 ° S ) a l L a g o G e n e r a l A d e m á s d e s u g r a n p r o d u c c i ó n p r i m a r i a , C a r r e r a ( 4 6 ° 3 0 ' S ) , e n t r e los 5 0 0 a 1.000 l a v a s t a d i s t r i b u c i ó n del c o l i g ü e p o s i b i l i t a m . s . n . m . , d e p r e f e r e n c i a e n l a C o r d i l l e r a e l e s t a b l e c i m i e n t o d e u n a i n d u s t r i a d e t a d e l o s A n d e s , c o n s t i t u y e n d o p r i n c i p a l b l e r o s d e p a r t í c u l a s , l a c u a l p o d r í a fun
m e n t e e l s o t o b o s q u e ( H a v e r b e c k , 1 9 8 3 ) . d a m e n t a r s e e n l a u t i l i z a c i ó n d e l o s cul- E n e s t a s c o n d i c i o n e s l a e s p e c i e t i e n e u n a m o s c o s e c h a d o s e n e l s o t o b o s q u e , c o m o p r o d u c c i ó n p r i m a r i a n e t a d e l o r d e n d e d e s e c h o d e l m a n e j o f o r e s t a l e i n c l u s o
1 0 - 1 1 t o n / h á / a ñ o ( V e b l e n , S c h l e g e l y E s a p l i c a r las m e d i d a s s i l v i c u l t u r a l e s q u e c o c o b a r , 1 9 7 9 ) . r r e s p o n d a n p a r a p o s i b i l i t a r l a c o s e c h a d e
los c u l m o s b a s á n d o s e e n e l c o n c e p t o d e r e n d i m i e n t o s o s t e n i d o .
P e n s a n d o e n l a p o s i b i l i d a d d e u t i l i z a r coligüe en la p r o d u c c i ó n de t a b l e r o s se d e s a r r o l l ó e s t e t r a b a j o . En él se p r e t e n d e d e t e r m i n a r s u c a l i d a d c o m o m a t e r i a p r i m a p a r a l a f a b r i c a c i ó n d e e s t o s a g l o m e r a d o s .
A d e m á s , e l e s t u d i o t i e n e c o m o o b j e t i v o d e t e r m i n a r l a i n f l u e n c i a d e u n a u m e n t o d e l a d e n s i d a d e n t a b l e r o s e l a b o r a d o s c o n e s t a e s p e c i e , a s í c o m o v a r i a c i o n e s d e los niveles d e a d h e s i v o , s o b r e las p r o p i e d a d e s m e c á n i cas, f l e x i ó n y t r a c c i ó n .
METODO EXPERIMENTAL
P a r a la r e a l i z a c i ó n d e l e s t u d i o se u t i l i z a r o n c u l m o s d e e d a d s u p e r i o r a u n a ñ o , c o n l o c u a l s e g a r a n t i z ó q u e h u b i e s e f i n a l i z a d o s u p r o c e s o de lignificación ( I t o h y Shemajii,
1 9 8 1 ) .
L o s c u l m o s d e coligüe f u e r o n t r a n s f o r m a d o s e n v i r u t a s e n u n v i r u t e a d o r d e c u c h i l l o s s o b r e c i l i n d r o d e t a m a ñ o in
d u s t r i a l .
U n a vez e l a b o r a d a s las v i r u t a s , éstas f u e r o n s e c a d a s h a s t a u n c o n t e n i d o d e h u m e d a d a d e c u a d o a l p r o c e s o ; e s t e c o n t e n i d o de h u m e d a d fluctuó e n t r e 4 y 6%. P o s t e r i o r al s e c a d o las v i r u t a s f u e r o n t a m i z a d a s , eli
m i n á n d o s e el m a t e r i a l g r u e s o y el p o l v o . Las v i r u t a s f u e r o n t a m i z a d a s m e d i a n t e v i b r a c i ó n , l o q u e p e r m i t i ó d e t e r m i n a r las c a r a c t e r í s t i c a s d e é s t a s , así c o m o l a p a r t i c i p a c i ó n p o r c e n t u a l d e c a d a t a m a ñ o . L o s
t a m a ñ o s d e v i r u t a , s u l o n g i t u d , s u e s p e s o r p r o m e d i o y c o e f i c i e n t e de e s b e l t e z se m u e s t r a n en el C u a d r o 1.
E s t e t i p o de v i r u t a s , de a c u e r d o a sus c a r a c t e r í s t i c a s , c o r r e s p o n d e a l u s a d o n o r m a l m e n t e e n l a i n d u s t r i a p a r a c a p a m e d i a .
Las v i r u t a s f u e r o n e n c o l a d a s c o n niveles de u r e a f o r m a l d e h í d o de 6, 7, 8, 9 y 10%, c a l c u l a d o en base al p e s o seco de las viru
t a s . L a u r e a f o r m a l d e h í d o fue c a t a l i z a d a c o n c l o r u r o d e a m o n i o ( N H
4C 1 ) a r a z ó n de 1,5% del p e s o seco de la resina.
L o s t a b l e r o s f u e r o n c o n f e c c i o n a d o s c o n un e s p e s o r de 11 mm de u n a sola c a p a y c o n d e n s i d a d e s c a l c u l a d a s d e 4 5 0 , 5 5 0 , 6 5 0 y 7 5 0 k g / m
3.
El p r e n s a d o de l o s t a b l e r o s se r e a l i z ó s i g u i e n d o el e s q u e m a m o s t r a d o en la Fig. 1.
L a t e m p e r a t u r a s e m a n t u v o c o n s t a n t e e n 1 6 0 ° C .
L a o b t e n c i ó n d e las p r o b e t a s p a r a los e n s a y o s d e t r a c c i ó n ( D I N 5 2 3 6 5 ) y f l e x i ó n ( D I N 5 2 3 6 2 ) s e realizó d e a c u e r d o c o n u n a m a t r i z q u e p e r m i t e u n a i n d i v i d u a l i z a c i ó n y u b i c a c i ó n similar d e c a d a p r o b e t a d e n t r o d e l t a b l e r o .
Previo a ser e n s a y a d a s , las p r o b e t a s f u e r o n c l i m a t i z a d a s de a c u e r d o a las c o n d i c i o n e s e s t a b l e c i d a s p o r D I N 5 0 0 1 4 .
E n las p r o b e t a s p a r a e l e n s a y o d e f l e x i ó n s e d e t e r m i n ó l a d e n s i d a d según D I N 5 2 3 6 1 . P a r a las p r o b e t a s de t r a c c i ó n la d e n s i d a d se d e t e r m i n ó en la p r o b e t a c o m p l e t a , p r e v i o a ser e n s a y a d a , y a q u e , u n a vez r e a l i z a d o e l
C U A D R O 1
Características de las astillas de Chusquea culeou.
Characteristics of Chusquea culeou shaves.
Tamaño Participación Longitud Espesor Coeficiente esbeltez
(mm) (%) (mm) (mm)
> 4,0 14,9 24,2 0,47 51,50
4,0 - 2,8 11,7 23,9 0,59 40,51
2,8 - 2,0 12,8 18,8 0,55 34,18
2,0 - 1,0 31,5 20,6 0,44 46,82
1,0 - 0,5 23,4 17,1 0,30 57,00
< 0,5 5,7 10,5 0,17 61,76
Promedio ponderado 19.91 0,431 48,171
1 Los promedios corresponden a la sumatoria de los valores ponderados por su participación porcentual.
Averages correspond to total value weigth by its percentage of participation.
5 4
Fig. 1: Diagrama del ciclo de prensado. La tempe
ratura se mantuvo constante a 160°C.
A: Tiempo de cierre; B: Tiempo presión máxima;
C: Tiempo para descender a presión media; D:
Tiempo a presión media.
Scheme of pressing cycle. Pressing temperature kept cons
tant at 160°C.
A: Closure time; B: Time at maximum pressure; C: Time to descend to mean pressure; D: Time at mean pressure.
e n s a y o , é s t a s e d e s t r u y e . E s t a s d e t e r m i n a c i o n e s d e d e n s i d a d p e r m i t i e r o n c o r r e l a c i o n a r las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s c o n la d e n s i d a d .
RESULTADOS
Resistencia a la flexión. Un t o t a l de 5 4 0 o b s e r v a c i o n e s de d e n s i d a d y flexión p e r m i t i e r o n realizar u n análisis d e c o r r e l a c i ó n , m e d i a n t e regresión lineal. L o s r e s u l t a d o s d e e s t e análisis se m u e s t r a n en la F i g . 2.
Al analizar la Fig. 2 se o b s e r v a u n a alta c o r r e l a c i ó n e n t r e la resistencia a la flexión r e s p e c t o de la d e n s i d a d . De a c u e r d o a e s t o s r e s u l t a d o s , l a d e n s i d a d p u e d e t o m a r s e c o m o u n i n d i c a d o r d e l valor a p r o x i m a d o q u e p u e d a o b t e n e r s e e n e l e n s a y o d e f l e x i ó n . Esta t e n d e n c i a y a h a sido d e m o s t r a d a a n t e r i o r m e n t e p o r o t r o s investiga
d o r e s ( V i t a l et al., 1 9 7 4 ; P o b l e t e , 1 9 7 9 y 1 9 8 5 ; U r z ú a y P o b l e t e , 1 9 8 0 ) .
Fig. 2: Variación de la resistencia a la flexión según densidad y nivel de adhesivo.
Nivel de adhesivo: A = 6%; B = 7%; C = 8%; D = 9%; E = 10%.
Variation of the bending strength according to density and adhesive level.
Adhesive level: A = 6%; B = 7%; C = 8%; D = 9%; E = 10%.
No se observa un aumento del coefi
ciente de determinación ( R
2) , que pueda ser atribuido al aumento del contenido de ureaformaldehído en el panel; sin embargo, se destaca que el nivel de adhesivo 8% re
gistra los mejores parámetros para la re
gresión.
Se aprecia que las rectas no presentan gran diferencia en su p u n t o de origen, lo que indica que el efecto del contenido de adhesivo es bajo. Este defecto se manifiesta
cuando la densidad de los tableros supera los 600 k g / m
3, donde las rectas tienden a separarse, pero no se verifica una ordena
ción creciente por nivel de adhesivo.
Debido a que el análisis de esta pro
piedad se realizó en las probetas como observaciones individuales, se seleccionaron los datos por rangos predeterminados de densidad para facilitar el análisis de los resultados.
En la Fig. 3 se observa que, en algunos
Fig. 3: Valores promedios de resistencia a la flexión, para cada nivel de adhesivo y rango de densidad.
Average values of b e n d i n g strength, for each adhesive level and d e n s i t y range.
56
c a s o s , u n a u m e n t o del c o n t e n i d o d e resina e n e l t a b l e r o p r o v o c a u n a d i s m i n u c i ó n d e l a f l e x i ó n . E s t e h e c h o h a sido d e s t a c a d o p o r S h u l e r ( 1 9 7 4 ) , c i t a d o p o r Kelly ( 1 9 7 7 ) , q u i e n v a r i ó e l nivel d e u r e a f o r m a l d e h í d o d e 2 a 12%, c o n c l u y e n d o q u e c u a n d o el nivel de a d h e s i v o es s u p e r i o r a 5% no se logran a u m e n t o s c o n s i d e r a b l e s e n esta p r o p i e d a d m e c á n i c a .
E s i m p o r t a n t e d e s t a c a r l a r a z ó n d e c o m p r e s i ó n . S e g ú n V i t a l et al. ( 1 9 7 4 ) , c u a n d o e s t e c u o c i e n t e es s u p e r i o r a 1,2 se logran m e j o r e s p r o p i e d a d e s físicas y m e c á n i c a s ; p a r a c o l i g ü e , e s t a r a z ó n d e c o m p r e s i ó n s e logra a p a r t i r d e los 7 0 0 k g / m
3d e d e n s i d a d e n e l t a b l e r o , y a q u e l a d e n sidad d e l a e s p e c i e e s d e 5 8 4 k g / m
3(Rijo et al., 1 9 8 7 ) . No o b s t a n t e lo a n t e r i o r , en las d e n s i d a d e s c o m p r e n d i d a s e n t r e 6 0 0 - 6 5 0 k g / m
3, d o n d e l a r a z ó n d e c o m p r e s i ó n e s d e 1 , 0 3 - 1 , 1 1 , p u e d e o b s e r v a r s e u n a t e n d e n c i a de la f l e x i ó n a a u m e n t a r a p a r t i r del nivel d e a d h e s i v o 8%. E s t o p e r m i t e aseverar q u e p a r a t a b l e r o s d e coligüe s e logran las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s m í n i m a s e n t r e las r a z o n e s d e c o m p r e s i ó n s e ñ a l a d a s .
L a n o r m a D I N 6 8 7 6 1 , t o m a d a c o m o p a t r ó n d e c o m p a r a c i ó n , exige u n v a l o r m í n i m o p a r a e s t a p r o p i e d a d d e 1 8 N / m m
2; d e la figura 3 p u e d e d e d u c i r s e q u e e s t e r e q u i s i t o se c u m p l e c o n d e n s i d a d e s s u p e r i o r e s a 6 0 0 k g / m
3y u n nivel d e a d h e s i v o 8%. C u a n d o l a d e n s i d a d e s s u p e r i o r a 7 0 0 k g / m
3(ra
z ó n d e c o m p r e s i ó n 1,2) t o d o s los niveles d e a d h e s i v o s e s t u d i a d o s p e r m i t e n c u m p l i r c o n los r e q u i s i t o s d e l a n o r m a .
Resistencia a la tracción. P a r a e s t a p r o p i e d a d s e r e a l i z ó u n t o t a l d e 6 8 9 o b s e r v a c i o n e s , y se e f e c t u ó un análisis de r e g r e s i ó n lineal, d e t e r m i n á n d o s e q u e e x i s t e u n a l t o g r a d o de c o r r e l a c i ó n e n t r e la r e s i s t e n c i a a la t r a c c i ó n y la d e n s i d a d . E s t o s r e s u l t a d o s son c o i n c i d e n t e s c o n los d e o t r o s a u t o r e s ( V i t a l et al., 1 9 7 4 ; P o b l e t e , 1 9 7 9 y 1 9 8 5 ; U r z ú a y P o b l e t e , 1 9 8 0 ) .
E l a l t o g r a d o d e c o r r e l a c i ó n e x i s t e n t e e n t r e la t r a c c i ó n y la d e n s i d a d se ve m e j o r a d o e n t é r m i n o s g e n e r a l e s , a l i n c r e m e n t a r e l c o n t e n i d o d e r e s i n a sólida e n e l t a b l e r o . E s t e e f e c t o s e d e t e r m i n ó a l verificarse u n a u m e n t o d e l c o e f i c i e n t e d e d e t e r m i n a c i ó n ( R
2) e n t r e l o s niveles 8 a 10%, s i e n d o
m a y o r c o n 9 % d e a d h e s i v o , d o n d e los d e m á s p a r á m e t r o s d e l a regresión son los m e j o r e s p a r a l a e c u a c i ó n e s t i m a d o r a d e t r a c c i ó n .
Las r e c t a s i d e n t i f i c a d a s p o r las e c u a c i o n e s de regresión se m u e s t r a n en la Fig. 4.
En la F i g . 4 se visualiza i g u a l m e n t e el e f e c t o de la d e n s i d a d d e l t a b l e r o s o b r e la r e s i s t e n c i a a la t r a c c i ó n . Las r e c t a s p r e s e n t a n d i f e r e n c i a s d e s d e s u o r i g e n , las q u e se a c e n t ú a n c o n el a u m e n t o de la d e n s i d a d ; e s t o d e m u e s t r a u n e f e c t o c o m b i n a d o d e l nivel de a d h e s i v o y la d e n s i d a d . El e f e c t o m á s significativo está r e p r e s e n t a d o p o r l a d e n s i d a d , r e g i s t r á n d o s e u n a u m e n t o p o r c e n t u a l q u e v a r í a e n t r e 19 y 56% al p a s a r d e u n nivel d e d e n s i d a d a o t r o .
En la Fig. 5 se a p r e c i a un a u m e n t o de la r e s i s t e n c i a a la t r a c c i ó n al a u m e n t a r el c o n t e n i d o d e a d h e s i v o ; e s t o e s v á l i d o p a r a t o d o s los r a n g o s d e d e n s i d a d e s e s t u d i a d o s , o b s e r v á n d o s e m á s c l a r a m e n t e a p a r t i r de los 5 0 0 k g / m
3.
L a t e n d e n c i a r e g i s t r a d a p o r e s t a p r o p i e d a d m e c á n i c a , r e s p e c t o a l nivel d e a d h e sivo, s e e x p l i c a p o r ser ésta u n a m e d i d a d e l a calidad d e u n i ó n i n t e r n a d e las v i r u t a s . L o s r e s u l t a d o s a q u í o b t e n i d o s c o i n c i d e n c o n o t r o s e s t u d i o s ( L a r m o r e , 1 9 5 9 ; G a t c h e l et al. 1 9 6 6 ; L e h m a n n , 1 9 7 0 ) .
L a n o r m a D I N 6 8 7 6 1 exige u n m í n i m o d e 0 , 4 N / m m
2p a r a esta p r o p i e d a d e n ta
b l e r o s c o n e s p e s o r e s c o m p r e n d i d o s e n los l í m i t e s e n q u e s e c o n f e c c i o n a r o n los d e e s t e e s t u d i o . E s t a s exigencias se l o g r a n a p a r t i r d e 6 0 0 k g / m
3, c o n t o d o s los niveles d e a d h e s i v o e s t u d i a d o s ; c u a n d o e l nivel d e a d h e s i v o es de 7%, o s u p e r i o r , las d e n s i d a d e s d e 5 0 0 k g / m
3p e r m i t e n c u m p l i r c o n d i c h a s e x i g e n c i a s .
CONCLUSIONES
L o s r e s u l t a d o s o b t e n i d o s p e r m i t e n c o n c l u i r q u e :
— Chusquea culeou Desv. es t é c n i c a m e n t e factible d e ser i n c l u i d a e n t a b l e r o s d e p a r t í c u l a s .
— En t a b l e r o s de p a r t í c u l a s de Chusquea
culeou Desv., e n c o l a d o s c o n u r e a f o r
m a l d e h í d o , e x i s t e u n a l t o g r a d o d e c o
r r e l a c i ó n e n t r e las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s ,
r e s i s t e n c i a a la flexión y r e s i s t e n c i a a la
Fig. 4: Variación de la resistencia a la tracción según densidad y nivel de adhesivo.
Variation of the internal bond according to density and adhesive level.
Nivel de adhesivo: A = 6%; B = 7%; C = 8%; D = 9 % ; E = 10%.
Adhesive level: A = 6%; B = 7%; C = 8%; D = 9%; E= 10%.
Fig. 5: Valores promedios de la resistencia a la tracción por rango de densidad y niveles de adhesivo.
Average values of internal bond by density range, and adhesive levels.
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t r a c c i ó n , c o n r e s p e c t o a l a d e n s i d a d d e l p a n e l .
— En la t r a c c i ó n el e f e c t o de la d e n s i d a d p u e d e v e r i f i c a r s e e n u n m e j o r a m i e n t o d e e s t a p r o p i e d a d q u e v a r í a e n t r e 1 9 a 56%
a l p a s a r d e u n nivel d e d e n s i d a d a o t r o , c o n e l m i s m o n i v e l d e a d h e s i v o .
— U n a u m e n t o d e l nivel d e a d h e s i v o favo
r e c e la r e s i s t e n c i a a la flexión s ó l o en l o s n i v e l e s d e d e n s i d a d s u p e r i o r a 6 0 0 k g / m 3. E s t e e f e c t o fue m á s significativo al p a s a r de l o s n i v e l e s 8 a 9 y 10% en el r a n g o d e d e n s i d a d s e ñ a l a d o .
— En el c a s o de la t r a c c i ó n , el e f e c t o p o s i t i v o d e a u m e n t a r e l n i v e l d e a d h e s i v o s o b r e e s t a p r o p i e d a d s e m a n i f i e s t a e n t o d a s las d e n s i d a d e s e s t u d i a d a s .
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