Eficiência de métodos não destrutivos para classificação e predição de propriedades de madeira modificada termicamente
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Data
2021-02-04
Autores
Andrade, Fernando Wallase Carvalho [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Este trabalho caracterizou os efeitos da modificação térmica entre 160 °C e 210 °C (intervalo de 10 °C) nas propriedades físicas, mecânicas e colorimétricas da madeira de Tauari (Couratari spp.) por meio de diferentes métodos não destrutivos para predição de propriedades físicas e mecânicas e para classificação de madeira modificada termicamente (MMT). No capítulo 1, observou-se que a modificação térmica influencia a madeira de Tauari em quatro faixas distintas, sendo que até 170 °C ocorrem mudanças na umidade de equilíbrio, nos coeficientes de inchamento e na luminosidade. Até 200 °C há ganhos em estabilidade dimensional e higroscopicidade e a madeira torna-se mais escura. Acima de 200 °C ocorre maior perda de massa e diminuição da umidade de equilíbrio, sendo verificadas quedas consistentes de resistência à flexão e dureza, assim como na densidade da madeira. No capítulo 2, demonstrou-se o potencial do uso do sinal de endentação dinâmica combinado com um método de aprendizado de máquina supervisionado para o controle de qualidade – predição de propriedades físico-mecânicas e classificação de tratamentos - de madeira termicamente modificada, principalmente para identificação de amostras fora do padrão de qualidade pré-estabelecido. Finalmente, no capítulo 3, foi possível atestar que a perda de massa e a colorimetria não são métodos viáveis para predizer propriedades mecânicas da madeira de Tauari modificada termicamente. Por meio da análise de NIR foi possível estimar corretamente a maioria das propriedades mecânicas da madeira modificada termicamente de Tauari, à exceção do MOR à flexão (R²=0,58) e da dureza Janka tangencial (R²=0,74). O método ultrassom pode ser usado para estimar a dureza Janka normal, radial e o MOE à flexão de MMT. Já o método de endentação é o mais indicado quando o objetivo é estimar com maior precisão a dureza da madeira em todas as direções. O NIR e a perda de massa são os métodos mais eficazes na classificação de MMT de Tauari. Não foi observado um método não destrutivo que seja capaz de predizer com alta precisão todas as propriedades físicas e mecânicas aqui avaliadas. A escolha do método mais adequado para controle de qualidade depende da propriedade de interesse. A melhor combinação de métodos observada foi para o NIR aliado ao método de endentação ou ultrassom.
This study characterized the effects of thermal modification between 160 °C and 210 °C (10 °C range) on the physical, mechanical, and colourimetric properties of Tauari wood (Couratari spp.). We evaluated the efficiency of different non-destructive methods for physical and mechanical properties prediction and classification of thermally modified timber (MMT). In Chapter 1, we demonstrate that the temperature influences the Tauari wood in three distinct ranges, with changes in equilibrium moisture content, swelling coefficients and lightness occurring up to 170 ° C. Up to 200 ° C there are gains in dimensional stability and hygroscopicity and the wood becomes black. Above 200 °C, there is a higher mass loss and a decrease in equilibrium moisture content and consistent downwards in bending strength (MOR) and hardness, as well in density. In Chapter 2, the results demonstrate the potential of using the dynamic indentation signal combined with a supervised machine learning method for quality control - prediction of physical-mechanical properties and treatment classification - of thermally modified wood, mainly for the identification of samples outside the pre-established quality standard. In Chapter 3, we concluded that mass loss and colourimetry are not suitable methods to predict mechanical properties of thermally modified Tauari wood. Using NIR spectroscopy we correctly estimate most of the mechanical properties of Tauari thermally modified wood, except for MOR (R² = 0.58) and Janka Tangential hardness (R² = 0.74). The ultrasound method it is useful to estimate side, radial Janka hardness and the MOR of MMT. The indentation method is the most suitable method to predict the hardness of the wood in all directions. NIR and mass loss are the most effective methods for the classification of MMT in Tauari. We did not observe a non-destructive evaluation that can predict with high precision all the physical and mechanical properties evaluated. The choice of the most suitable method for quality control depends on the property of interest. The best combination of methods observed was for the NIR combined with the indentation or ultrasound method.
This study characterized the effects of thermal modification between 160 °C and 210 °C (10 °C range) on the physical, mechanical, and colourimetric properties of Tauari wood (Couratari spp.). We evaluated the efficiency of different non-destructive methods for physical and mechanical properties prediction and classification of thermally modified timber (MMT). In Chapter 1, we demonstrate that the temperature influences the Tauari wood in three distinct ranges, with changes in equilibrium moisture content, swelling coefficients and lightness occurring up to 170 ° C. Up to 200 ° C there are gains in dimensional stability and hygroscopicity and the wood becomes black. Above 200 °C, there is a higher mass loss and a decrease in equilibrium moisture content and consistent downwards in bending strength (MOR) and hardness, as well in density. In Chapter 2, the results demonstrate the potential of using the dynamic indentation signal combined with a supervised machine learning method for quality control - prediction of physical-mechanical properties and treatment classification - of thermally modified wood, mainly for the identification of samples outside the pre-established quality standard. In Chapter 3, we concluded that mass loss and colourimetry are not suitable methods to predict mechanical properties of thermally modified Tauari wood. Using NIR spectroscopy we correctly estimate most of the mechanical properties of Tauari thermally modified wood, except for MOR (R² = 0.58) and Janka Tangential hardness (R² = 0.74). The ultrasound method it is useful to estimate side, radial Janka hardness and the MOR of MMT. The indentation method is the most suitable method to predict the hardness of the wood in all directions. NIR and mass loss are the most effective methods for the classification of MMT in Tauari. We did not observe a non-destructive evaluation that can predict with high precision all the physical and mechanical properties evaluated. The choice of the most suitable method for quality control depends on the property of interest. The best combination of methods observed was for the NIR combined with the indentation or ultrasound method.
Descrição
Palavras-chave
Madeira, Testes dinamicos, Matéria - Propriedades, Espectroscopia de infravermelho, Termorretificação, Wood, Dynamic indentation, Physical-mechanical properties, Spectroscopy, Thermoretification