Examensarbete
Effektivt materialutnyttjande
vid tillverkning av
golvstommar
Efficient use of materials in the manufacture of
flooring frames
Författare: Linn Andersson Handledare: Åsa Rydell Blom Examinator: Jimmy Johansson Handledare, företag: Svenskt
golvföretag
Datum: 2020-05-27 Kurskod: 2TS90E, 15 hp Ämne: Skogs- och träteknik Nivå: Högskoleingenjörsexamen
I
Linn Andersson
Sammanfattning
I ett samhälle med allt större fokus på miljön och användning av förnybara resurser så har efterfrågan på trä som material ökat. En ökad efterfrågan på material kan i sin tur leda till att det kan bli svårt att få tag i material och då gäller det att företagen kan utnyttja sina resurser på bästa sätt och på det viset även kunna minska sina kostnader.
Trä är ett organiskt material och har därmed egenskaper som inte förekommer hos andra material. Egenskaperna varierar mellan olika trädslag, inom varje trädslag samt inom varje enskilt träd. Detta beror bland annat på cell och kviststrukturen samt hur träden har växt.
Med materialutnyttjande i fokus växte detta examensarbete fram för att kartlägga en produktionslina för golvstommar. Syftet var även att studera möjligheterna att minska materialförlusterna genom att limma ihop materialet två och två innan de gick vidare i processen. För att studera detta
genomfördes först en bakgrundsstudie kring trä som material samt limfogning av trä. Därefter genomfördes ett antal fallstudier för att kunna beräkna
materialförlusterna i produktionen. Det följdes av en praktisk studie i en testmiljö där det studerades möjligheten att minska materialförlusterna genom att sammanfoga materialet med lim innan sönderdelning till lameller.
Resultatet visade att det blev materialförluster både i form av sågspån, som är svårt att göra något åt, samt material som faller sönder till följd av främst kvistar. Materialförlusterna på grund av kvistar finns det möjlighet att minska på genom, vilket de partiska testerna av att sammanfoga materialet med lim innan sönderdelning visade.
Att studera sina processer och dess materialutnyttjande är relevant för alla träförädlande företag så att råvaran utnyttjas på bästa möjliga sätt. Det går inte att eliminera alla materialförluster men en åtgärd för att minska materialförlusterna kan i detta fall vara att sammanfoga materialet innan sönderdelning.
II
Linn Andersson
Abstract
In a society with an ever-growing focus on the environment and renewable recourses, the demand for wood as a material will increased. An increase in demand can, however, lead to a shortage in materials. This in turn puts pressure on companies to utilize their resources optimally to both conserve materials and to minimize the costs.
Wood is an organic material which gives it unique properties compared to other materials. These properties are not however uniform and can change based on the type of wood. Differences in properties might occur between trees of the same wood species, and even in singular trees. This variety depends on the tree’s cellular and knots structure in addition to how it was grown.
The focus of this bachelor thesis was the use of materials in a production line of flooring frames. The aim of this study was also to see if it was possible to minimize the loss of materials by gluing together two pieces of material before processing. The first step in completing this study was to perform a background study which focused on wood as a material and the usage of bonding agents for wood. The background study was then followed by a number of case studies where the loss of materials in the production line was calculated. The case studies were then in turn followed by a practical study performed in a test environment concerning the ability of minimizing material losses by adhering two pieces of material before processing them into lamina. The result showed a loss of materials in form of sawdust and materials
breaking after processing, mainly due to knots. The sawdust is difficult to avoid but as the practical study showed, it was possible to reduce the loss of materials caused by knots, by adhering material together before processing it. To study the production and its use of materials is relevant for all wood manufacturing industries to ensure the optimal usage of the material. It is not possible to eliminate all material losses but one possible way to minimize it could be, in this case, to adhere material before it is processes.
III Linn Andersson
Förord
Att effektivisera och att utnyttja materialet på bästa möjliga sätt är något som har intresserat mig allt mer under min studietid. Så efter kontakt med ett företag som berättade om att de upplever att de har mycket materialförluster i sin produktion av golvsstommar väcktes idén till detta examensarbete.
Företaget ville ha hjälp att kartlägga produktionen och att titta på en möjlig lösning till problemet för att spara material och minska kostnaderna. Jag vill börja med att rikta ett stort tack till min handledare Åsa som har funnits med från idé till det färdiga arbetet och givit stöttning och vägledning hela vägen. Jag vill även tacka företaget för att de trots den orolighet med COVID-19 pandemin som var under mitt examensarbete lät mig genomföra arbetet. Dessutom ett riktat tack till de på stomavdelningen som bidragit med sina kunskaper och tankar samt de på utvecklingsavdelningen som hjälpt mig genomföra de praktiska testerna.
Linn Andersson 26 maj 2020
IV Linn Andersson
Innehållsförteckning
1. Introduktion _______________________________________________ 1 1.1 Bakgrund ... 1 1.1.1 Trä _____________________________________________________ 1 1.1.2 Trälimning ______________________________________________ 6 1.1.3 Ordförklaring ___________________________________________ 10 1.1.4 Golvstomsproduktionen idag _______________________________ 11 1.1.5 Problemformulering ______________________________________ 14 1.2 Syfte och mål ... 14 1.3 Avgränsningar ... 152. Material och metoder ______________________________________ 16 2.1 Kunskapsinsamling ... 16
2.2 Kvantitativ studie ... 16
2.3 Validitet och reliabilitet hos fallstudie och laborationsförsök .. 16
2.4 Kartläggning av utbytesförlusterna i produktionen ... 17
2.4.1 Fallstudie vid modulsågningen ______________________________ 17 2.4.2 Fallstudie av materialförluster vid lamellsågarna ________________ 18 2.4.3 Fallstudie av materialförluster vid manuellsorteringen ___________ 18 2.4.4 Materialförluster vid kapningen av stomflak till stommar _________ 18 2.4.5 Fallstudie av materialförlusterna vid lagningsstationen ___________ 19 2.4.6 Sammanställning _________________________________________ 19 2.5 Utbytet vid sammanfogade moduler ... 19
2.5.1 Urvalet av moduler _______________________________________ 19 2.5.2 Enkla moduler ___________________________________________ 20 2.5.3 Dubbla moduler _________________________________________ 21 2.5.4 Analys av resultatet _______________________________________ 22 2.5.5 Ekonomisk jämförelse ____________________________________ 22 3. Resultat __________________________________________________ 23 3.1 Utbytesförluster i produktionen idag ... 23
3.2 Utbytet vid sammanfogade moduler ... 27
3.3 Pris per modul i bättre kvalitéer ... 29
4. Diskussion och slutsatser ____________________________________ 31 4.1 Analys av produktionen ... 31
4.2 Analys av dubbellimning ... 32
4.3 Analys av dubbellimmade lameller kontra virkeskvalitéer ... 34
4.4 Felkällor, validitet och reliabilitet ... 35
4.5 Slutsatser ... 36
4.6 Åtgärdsförslag och vidare studier ... 36
5. Referenser ________________________________________________ 38
1
Linn Andersson
1. Introduktion
I ett samhälle där klimatförändringar blir en allt större fråga och fokuset på miljö och förnybara resurser ständigt växer har efterfrågan på materialet trä ökat. Detta tack vare att trä binder koldioxid och kräver mindre mängd energi vid byggnation av byggnader än exempelvis armerat betong som material, enligt en studie av Sathre och Gustavsson (2009). De beskriver också att de restprodukter som blir vid framställning av träprodukter kan användas till energi och därmed ytterligare minska klimatpåverkan. Med ökad efterfrågan krävs det att materialet utnyttjas på bästa sätt för att räcka till så mycket som möjligt. Samtidigt ökar även konkurrensen mellan företag då e-handeln har gjort det enklare för konsumenterna att handla från andra länder och att jämföra pris och kvalitet. Det leder till att företagen ständigt måste arbeta med att hålla låga kostnader och bra kvalitet för att konkurrera och kunna stanna kvar på marknaden.
1.1 Bakgrund
Trä kan idag användas till bland annat byggnationer av stora flerfamiljshus, i kläder och hygienartiklar. Tankar finns även att trä ska kunna ersätta alla plastmaterial och ska materialet räcka till alla användningsområden krävs det att trämaterialet utnyttjas på allra bästa sätt. För att öka trämaterialets
användningsförmåga krävs det att de enskilda defekterna i materialet minskas vilket kan göras genom att sammanfoga materialet med lim. En
sammanfogning av materialet med lim har även lett till att trämaterialet har fått nya egenskaper samt att det kan skapas i fler olika dimensioner utifrån vad det ska användas till. Trämaterial som skapats med hjälp av lim är exempelvis OSB-skivor, limträ och CLT som är en grund för det moderna byggandet.
1.1.1 Trä
Trä är ett naturligt material som i Sverige setts som ett självklart materialval i många olika produkter såsom möbler, golv och bostäder under lång tid. Den svenska produktiva skogen täcker cirka 55 % av Sveriges landyta och är en viktig del i den svenska ekonomin. Skogen består av drygt 80 % barrskog och den årliga avverkningen ligger på cirka 90 miljoner skogskubikmeter vilket faktiskt är mindre än den årliga skogstillväxten (Svenskt trä, 2016).
Timret som huggs blir till sågtimmer, massaved samt bränsleved beroende på kvalitet, trädslag och storlek. Industriell produktion av virke började i södra Sverige för att leta sig uppåt i landet när efterfrågan ökade i slutet av
1700-talet förklarar Nylinder och Fryk (2017). De skriver vidare att det var i takt med att sågverken byggdes upp som Sverige industrialiserades.
Produktionen av sågade barrträvaror är i dagsläget cirka 18 miljoner
kubikmeter per år (Svenskt trä, 2017b). I takt med samhällsutvecklingen och större fokus på att producera produkter i förnybara material så växer
2
Linn Andersson
trämassa och bränsle till fordon. De ökade möjligheterna för träråvara medför att det blir allt större efterfrågan på träråvara vilket leder till att materialet behöver utnyttjas på bästa möjliga vis för att det ska räcka till allt.
1.1.1.1 Trämaterialets egenskaper
Trä är ett organiskt material och har därför andra och även unika egenskaper till skillnad från många andra konkurrerande material så som stål och plast. Egenskaperna hos träet kan variera inom ett och samma träd till följd av kvistar, tillväxttakt men också eventuella skador som kan uppkomma, se till exempel Nylinder och Fryk (2017). Detta leder till att trä är ett heterogent material. Träd är uppbyggda av celler men vilka typer av celler varierar mellan om det är barr eller lövträd. Olika celler har olika egenskaper som kan påverka hur trämaterialet beter sig, förklarar Dinwoodie (2000). Cellernas uppgifter i träden är att stödja upp trädet så det inte viker sig, transportera vatten men även lagring och omvandling av näring till trädets celler. När träet lever så tar det upp vatten som sprids till cellerna via porerna i träet. När träet är avverkat och torkat så har det en förmåga att ta upp och avge vatten så att det kommer i balans med fuktinnehållet i luften runt omkring. Detta kallas att trä är ett hygroskopiskt material, förklarar Shmulsky och Jones (2017). Nylinder och Fryk (2017) beskriver att trä kan ses i tre olika riktningar och de är longitudinellt som är riktningen från rot till topp, radiellt som är riktningen från kärnan till barken och tangentiellt som är riktningen längs med
årsringarna runt trädet. Egenskaperna i dessa riktningar skiljer sig från varandra vilket medför att trä är ett anisotropt material. Ett exempel på det är att trä sväller och krymper olika mycket i de olika riktningarna. För gran och tall så är den longitudinella förändringen från färskt till torrt material 0,4 %, för den radiella riktningen 4 % och den tangentiella riktningen 7 % (Nylinder och Fryk, 2017). Shmulsky och Jones (2017) beskriver att för varje år trädet växer så tillkommer det en årsring som består av både vår och sommarved i diametern samt ett toppskott på längden. Detta sker även på trädens grenar. Vårveden kommer först och den består av celler med tunna cellväggar med många porer som kan transportera mycket vatten och senare på säsongen kommer sommarveden som har tjockare cellväggar. Storleken på årsringarna varierar beroende på var och hur träden växer bland annat med tanke på klimat, näringshalt i marken och hur skogen sköts.
1.1.1.2 Kvist
Kvistar förekommer hos alla träd men i olika utsträckning och former. Vid en jämförelse mellan gran och tall så har granen inte så tydliga grenvarv
eftersom det även produceras grenar mellan grenvarven till skillnad mot tallen. Tallen bildar endast ett nytt tydligt grenvarv varje år (Nylinder och Fryk, 2017). Grenarna är det som sedan i virket kallas för kvist.
Det som avgör hur mycket kvistar ett träd får samt kvistarnas tjocklek och utseende beror på det genetiska men allra främst på den miljö i form av mängden näring i marken, skötsel, skadedjur, omgivande trädslag med mera
3
Linn Andersson
förklarar Shmulsky och Jones (2017). Beroende på vad som händer med grenarna så kan de bilda olika typer av kvistar såsom frisk-, torr-, svart-, röt-, spröt- och barkdragande kvist. Shmulsky och Jones beskriver att det oftast är kvistarna som är den avgörande egenskapen vid klassning av virke då
kvistarna har en annan densitet, fiberriktning och fukthalt jämfört med den andra veden. Detta medför att virke med mycket kvistar har sämre hållfasthet. Kvistarna utgår alltid från märgen och är från början friska vilket innebär att kvistarnas årsringar går ihop med trädets årsringar (Dinwoodie, 2000). När kvisten dör och förlorar sin kontakt med trädets ved så övergår kvisten till att bli en torrkvist men förblir frisk där den tidigare var frisk. Den torra kvistens gren faller sedan till slut av och då gör trädet en övervallning av kvisten och den växer in i trädet. Detta medför att veden längst ut på rotstocken innehåller mindre andel kvistar.
Friskkvist även kallat råkvist är de kvistar som sitter ihop med omgivande ved på något ställe runt om kvisten (Nylinder och Fryk, 2017). De fortsätter med att friskkvistarna förekommer i virke från grönkronan alternativt långt in i stammen nära märgen då kvistarna alltid är friska den första tiden. Vid bearbetning av virke med friskakvistar så sitter de bättre kvar i virket jämför med andra kvistar då kvistarna sitter ihop med veden men ett stort antal stora friska kvistar påverkar ändå hållfastheten. Dinwoodie (2000) beskriver att en kvist är frisk så länge grenens kambium alltså tillväxtområde är levande. När kambriumet dör så fortsätter trädet att omsluta grenen men utan att grenen och veden växer ihop och då bildas det en död kvist även kallad svartkvist. Nylinder och Fryk (2017) benämner de döda kvistar som torrkvistar och förklarar att när kvisten dör så impregnerar trädet den med kåda så att den ska bli mer motståndskraftig mot röta. Eftersom torrkvisten inte sitter ihop med veden runt om så är risken stor att dessa kvistar ramlar bort vid bearbetning. Andelen som ramlar bort är större hos gran än tall. En annan typ av kvist som Nylinder och Fryk (2017) beskriver är rötkvist som är en kvist som blivit angripen av röta men den börjar inte brytas ner förrän den dör och dess egna skydd upphör. Rötkvistar förekommer mer hos tall än gran och är ett stort problem vid vidareförädling då kvistens
egenskaper förändras och den oftast lossnar från virket. Sprötkvist är en kvist som lutar starkt uppåt och kan ibland även gå parallellt med toppens riktning. Sprötkvistar kan vara både friska och torra men det bildas oftast reaktionsved runt om vilket påverkar virkets egenskaper. Sprötkvistarna ger även större kvistmärken på virkets yta till följd av dess lutning.
Att kvistar har en stor påverkan på hållfastheten hos trä är en av
anledningarna till att idén gällande limträ och korslimmat virke väcktes. En annan anledning är för att få ett material i andra dimensioner än vad som kan sågas i skogen. Limträ består av lameller som limmas ihop och detta leder till att de enskilda defekterna hos en träbit så som kvistar minskars (Svenskt trä, 2017a).
4
Linn Andersson 1.1.1.3 Kådved, törsvamp och kådlåpor
Ibland kan plankor och brädor kännas väldigt feta och detta brukar kallas för kådved. Att virket blir fett beror på att veden är fylld med kåda förklarar Nylinder och Fryk (2017). Kådan i sig är ett näringsförråd till trädet samt trädens immunförsvar. Den produceras hos granen i de yttersta årsringen och hos tallen i hela splintveden. Kådved förekommer både hos gran och tall samt i både splint och kärnved. När ett träd blir skadat så skickas det kåda till skadan för att motverka så att hela trädet inte skadas. Vid en jämförelse mellan tall och gran beskriver Nylinder och Fryk att tall vid skador i större utsträckning producerar kåda och det ökar även med tallens ålder.
Anledningar till att kådved skapas kan vara både svampskador, insektsskador och skador i barken till följd av barkskav från maskiner eller djur. Ett
exempel på en svamp som angriper tall och gör att tallen producerar mycket kåda och därmed bildar kådved är törskatesvampen förklarar Nylinder och Fryk (2017). Kådved förekommer även runt kvistar. Där kådveden
förekommer så syns det till följ av att virket blir mörkare och ytan känns fet. Kådved försvårar vidareförädling då bland annat lim inte fäster på virket. Däremot så är kådveden önskvärd vid exempelvis framställning av tjära av trä.
Kådan kan även förekomma i form av kådlåpor som kan ses som små öppningar som är fyllda med kåda förklarar Hoadley (2000). Dessa
förkommer längs med en årsring i vårveden och bildas genom att kambriumet och veden delar på sig. Kådlåporna förekommer endast hos trädslag som har hartskanaler så som exempelvis tall och gran. Varför de uppkommer och på grund av vad har inte riktigt kunnat fastställas ännu även om vind och torka är två faktorer som tros spela stor roll. Kådlåporna är ett problem vid
ytbehandling av träet och påverkar även hållfastheteten beskriver Nylinder och Fryk (2017).
1.1.1.4 Sprickor
Trä är som tidigare nämnt ett anisotropt material vilket innebär att det har olika egenskaper i olika riktningar. Detta medför att vid torkning av trä så sker torkningen olika fort i de olika riktningarna vilket leder till spänningar som kan orsaka sprickor. Sprickor kan även bildas till följd av att
reaktionsveden i virket som torkas krymper på ett annat vis än övrig ved beskriver Hoadley (2000). För att minska sprickorna vid bearbetningen av träet i sågverken så sågas det idag främst färskt material. Kan inte den mängd virke som kommer till sågverket sågas direkt så används det bevattning som motverkar att träet torkar och spricker (Nylinder och Fryk, 2017). Det kan även finnas andra anledningar till att sprickor förekommer såsom att ett träd växer sakta under några år för att sedan växa väldigt fort och detta kan då på grund av spänningar som bildas leda till en ringspricka som går längs
årsringen. Nylinder och Fryk (2017) förklarar också att sprickor kan bildas under tiden träden växer i form av tillväxtsprickor då träden växer för fort.
5
Linn Andersson
Bredden och längden på sprickor kan variera beroende på vilken miljö träden växt i. En del av sprickorna går ihop under trädets livslängd för att sedan vid torkningen öppnas igen.
1.1.1.5 Bearbetning av trämaterialet
För att få fram önskade dimensioner och former på materialet så behöver det bearbetas och det brukar göras genom skärande bearbetning. Grönlund (2004) beskriver att trä kan vara svårt att bearbeta då det är ett anisotropt material och därmed har olika egenskaper gällande hållfasthet i olika riktningar. Fuktkvot, trädslag och densitet på materialet är andra faktorer som också påverkar förklarar Dinwoodie (2000). Det finns tre typer av sågar som ofta benämns; bandsåg, ramsåg och cirkelsåg. Av dessa är den vanligaste cirkelsågen då den kan användas till väldigt många olika typer av skärande bearbetning av både torrt och färskt material. Cirkelsågen består av runda klingor med egg som skär av materialet. Den största svårigheten med cirkelsågen är dess klingor då de blir utsatta för varierande spänningar som påverkar deras stabilitet (Grönlund, 2004). För att minska spänningarna på klingorna så att de kan ge ett rent sågsnitt måste de få arbeta under jämna och stabila förutsättningar. Det är även viktigt att klingorna har rätt styvhet och att flödet mot sågen sker i en lugn och jämn hastighet. Cirkelsågarna kan vara utformade på olika sätt beroende på vad de ska användas till. En sådan variant är lamellsågen vars syfte är att dela större materialbitar till mindre
materialbitar som brukar kallas lameller. Lamellsågen består av ett antal cirkelsågsklingor och mellan dem finns det distanser beroende på vilken tjocklek lamellen ska få (Grönlund, 2004). Grönlund beskriver också att det i lamellsågarna måste finnas något som pressar ner materialstycket då det annars vill dras upp då klingan roterar mot materialet.
1.1.1.6 Kvalitetsklasser virke
I Sverige finns det en standard, SS-EN 1611–1 som styr
handelssorteringsklasserna av virke i Sverige med fokus på utseende. Virke med avsikt att vara bärande ska inte sorteras utifrån SS-EN 1611–1 enligt Fröbels (2020) beskrivning. Vid sortering av virket utifrån utseendekvalitet så är några parametrar som bedöms kvistar, sprickor, kådved och vankant. Bergkvist och Fröbel (2013) tar upp att enligt standarden sorteras virke antingen genom G4 eller G2 och det beror på om de synas på fyra sidor eller på två. I Sverige är det vanligast med fyrsidig kontroll. Inom G4 och G2 finns det sedan en klassning som är noll till fyra och där noll är det bästa. Tidigare gjordes sorteringen enligt gröna boken i klasserna I-VII som i sin tur brukade delas upp i O/S som motsvarade klass I-IV, kvinta som motsvarade klass V, utskott som motsvarade VI och vrak som motsvarade VII. Vid en jämförelse mellan standardens klasser och de gamla klasserna så motsvarar G4-0 klass III, G4-1 motsvarar klass IV, G4-2 motsvarar klass V, G4-3 motsvarar klass VI och G4-4 motsvarar klass VII. I G-sorteringen finns de ingen klass som motsvarar de gamla klasserna I och II.
6
Linn Andersson
Enligt Fröbels (2020) beskrivning av standarden är sorten G4-0 den bästa och för att en bräda ska klassa dit så får den inte ha några egenskaper som
påverkar utseende i stor utsträckning. Kvistar får förekomma både färska och torra så länge de är små. Riktlinjerna är att en färsk kvist max får vara 25 mm i diameter och totalt får kvistarna ihop endast ha en diameter på 50 mm på den sämsta sidan. Detta gäller vid en virkesbredd på 145 mm. Fröbel fortsätter med nästa klass som är G4-1 och där tillåts både barkdrag och reaktionsved men rötkvistar är inte tillåtet. Den maximala storleken på en enskild frisk kvist är 35 mm och totalt 140 mm i diameter av alla kvistar på den sämsta sidan vid en bredd på 145 mm. Nästa klass är G4-2 där ännu fler egenskaper som påverkar utseendet tillåts såsom kådved, blånad, fast röta och rötkvist. Gällande friska kvistar är den enskilt största tillåtna 50 mm och totalt 300 mm i diameter vid en bredd på 145 mm. G4-3 som motsvara klass VI tillåter egenskaper i virket som till stor del påverkar utseendet gällande kvistar, blånad, sprickor, kvisthål med mera. Det får förekomma obegränsat med friska och torra kvistar men en enskild frisk kvist får max vara 65 mm i diameter på en bräda med bredden 145 mm. Den sista klassen G4-4 tillåter det mesta så länge virkesstycket håller ihop och kan hanteras utan att gå sönder.
1.1.2 Trälimning
I en värld som hela tiden förändras och med en befolkning som ökar krävs det ännu fler bostäder och möbler. Bostäder byggs det allt fler i limträ och i de flesta möbeltillverkningar av trä så används någon typ av lim som
sammanfogning. Lim gör det även möjligt att skapa kompositmaterial av trä såsom spånskivor och träskivor av sönderdelat trämaterial. Detta leder i sin tur till att minska träets enskilda brister samtidigt som fördelar såsom träets högs styrka för sin lätta vikt och förmågan att binda kol bevaras. Ülker (2016) nämner att idag används någon typ av lim i över 70 % av alla träprodukter runt om i världen. Limning innebär att två material sammanfogas med hjälp av ett annat material som brukar benämnas som lim (Raknes, 1988). Limmets uppgift är då att överföra krafter mellan de två materialbitarna. Frihart (2015) förklarar att med den växande efterfrågan på trä som material så kommer betydelsen av sammanfogning med lim också växa. Det är till följd av att det inte lär finns tillräckligt mycket virke i de höga kvaliteterna utan i samband med att allt fler vill producera produkter i trä så kommer även andra trädslag av bland annat snabbväxande karaktär att behöva användas i produktion.
1.1.2.1 Limmets historia
Förr bestod limmen troligtvis av smuts och exkrementer med mera och har därför fått namnet lim från det latinska ordet limus som betyder smuts och skräp förklarar Raknes (1988). Han fortsätter beskriva att det cirka 4000 år före Kristus användes lim av olika vaxer. Det har hittats i keramik från den tiden. Det finns även spår från faraonernas tid att limning av trä har
7
Linn Andersson
beskriver processen. Lim nämns i skrifter cirka 200 år före Kristus skrivna av grekerna och romarna men när romarriket föll stannade utvecklingen av och det skulle dröja till slutet av 1600-talet innan de första limningsfabrikerna byggdes. Den första byggdes i Holland och sedan följde Schweiz och Tyskland efter, förklarar Raknes (1988). Han fortsätter med att
limningstekniken fick ett uppsving i slutet av 1800-talet när plywoodskivorna började tillverkas. Det beskrivs att vid denna tid var det animaliska lim och kaseinlim som användes men på 1930-talet kom syntetlimmen som har banat väg för en stark frammarsch för limmen. Idag finns det mer kunskap och limmen kan anpassas allt mer efter materialet och dess förutsättningar för att få en bra hållbarhet. Ülker (2016) beskriver att med det allt större fokuset på miljön i samhället idag så måste även limmet utvecklas och bli mer
miljövänligt vilket många forskningsgrupper arbetar med så som exempelvis att minska utsläppen av formaldehyd. För att minska formaldehydutsläppen har det studerats olika typer av biobaserade limmer så som proteinlim, tanninlim och sträkelselim. Studien visar att formaldehydutsläppen minskade med de biobaserade limmen men att limmen i sig måste utvecklas för att kunna konkurrerar med de traditionella formaldehyd limmen enligt Hemmilä et. al. (2017).
1.1.2.2 Limteori
Teorin gällande lim och hur sammanfogningen mellan två material med hjälp av lim går till är något som studeras men som fortfarande inte är helt kartlagt (Raknes, 1988). Vid en limning det finns två olika typer av bindningar mellan limmet och materialet: mekanisk bindning och kemisk bindning. Den
mekaniska bindningen kan liknas med att limmet åker in i de hålrum som finns och sedan stelnar. När limmet då stelnar bildar det fingerskarvar som håller ihop materialbitarna. Mekaniska bindningar fungerar på porösa
material såsom trä men för glatt ytor krävs det istället kemiska bindningar. De kemiska bindningarna utgår ifrån atomnivån förklarar Raknes (1988). Allt material är uppbyggt av atomer som består av en positiv kärna och negativa elektroner runt på så sätt att de uppnår ett neutralt läge utåt. Atomerna i sig bildar sedan molekyler genom att de antingen delar på ett elektronpar alternativt att en atom har överlämnat en elektron till en annan atom och på det viset bildat laddade atomer som dras till varandra genom den elektriska attraktionen. Molekylerna kan i sin tur bindas till varandra och bilda olika material. Molekylerna kan binda till varandra på olika sätt och beroende på hur hårt de binder till varandra så blir materialet i fast, flytande eller gasform. I fast form binder molekylerna hårdast till varandra vilket gör att materialet inte förändras av tyngdkraften. Bindningarna mellan molekylerna bildar krafter som håller ihop materialet och de brukar kallas för kohesionskrafter. Exempel på dessa bindningar är primärbindningar, vätebindningar,
dipolbindningar och dispersionskrafter (Raknes, 1988).
Vid sammanfogning av två träbitar krävs det att det används någon form av lim i flytande form eftersom trä är ett fast material och molekylerna därmed
8
Linn Andersson
inte kan röra sig och bilda motpoler mot varandra. Det behövs alltså ett material såsom lim i flytande form som kan vända rätt laddning mot träets molekyler och på så sätt binda till träet förklarar Raknes (1988). Han beskriver även att det är viktigt att tänka på att inom limmet finns också kohesionskrafter som gör att limmet håller ihop sig själv och den spänningen som gör att limmet håller ihop kallas för ytspänning. Ytspänning finns hos alla material men hur stark den är varierar. För att limmet ska penetrera träet gäller det att träet har högre ytspänning än vad limmet har. Lim med något högre ytspänning än materialet kan binda till det men då krävs det antingen att det appliceras på ett speciellt sätt eller att det utsätts för ett tryck (Raknes, 1988). När ytspänningen är rätt och limmet kan binda till materialet så kan det penetrera träet på två olika sätt förklarar Ülker (2016) och dessa är grovpenetration eller cellväggspenetration. Grovpenetration innebär att limmet tar sig in i de öppna delarna i materialet såsom lumens och kärl som öppnades vid bearbetningen av virket. Vid en cellväggspenetration penetrerar limmet cellväggarna genom diffusion. Med tanke på penetrationsgraden så beskriver Raknes (1988) att för att det ska bli en bra penetration så krävs det vid en limning att limmet tränger tillräckligt långt in för att nå ett skikt av icke skadade celler men samtidigt att det finns lim kvar i fogen. För att limmet ska kunna penetrera och bilda en limfog förklarar Raknes (1988) att det måste vara i flytande form så molekylerna i limmet kan orientera sig mot materialets molekyler. Lim kan omvandlas till flytande form antingen genom att det värms eller att det löses i någon typ av lösningsmedel beroende på vilken typ av lim det är. När limmet däremot sedan har penetrerat materialet så att de kommer att sitta ihop måste limmet återgå till fast form. Denna process kan ske på olika sätt och brukar kallas för härdning. Exempel på en typ av härdningsprocess är avkylning av smältlim så det stelnar. Härdningen kan för lim som är lösta i lösningsmedlen eller dispergerade gå till genom att lösningsmedlet avdunstar eller att det sker en kondensationsreaktion.
Beroende på hur limmet härdas så får det olika starka bindningar. En limfog kan enligt Ülker (2016) illustreras som en kedja med nio länkar. Länken börjar i den ena materialbiten och slutar i den andra materialbiten se figur 1. Länk nummer nio och åtta består av rent trä som inte är påverkat av lim och länk ett består av rent lim. Länkarna två och tre är övergången från ett homogent lim till att nu börja påverkas av materialet och dessa länkar övergår sedan i länk fyra och fem som är de som penetrerar materialets yta och skapar vidhäftningen. De två näst yttersta länkarna sex och sju är de som innehåller de modifierade cellerna som alltså blivit penetrerade av limmet och utanför dem finns de rena träcellerna (Ülker, 2016).
9
Linn Andersson 1.1.2.3 Olika typer av lim
Idag finns det flera olika typer av lim som är tillverkade på olika sätt och utformade för olika ändamål beroende på vad de ska vara beständiga mot. Raknes (1988) tar upp att det finns lim som är gjort på naturmaterial, konsthartslim som är kemiskt härdande och termoplastiska konsthartslim. Inom de lim som är tillverkade av naturmaterial finns de lim som har allra längst historia och vissa härstammar från faraonernas tid. Exempel på lim av naturmaterial är animaliskt lim, kaseinlim, blodalbuminlim och sträkelselim. Gällande konsthartslimen som även kallas för syntetiska lim så tillverkas de genom att molekyler kopplas ihop med varandra. Denna sammankoppling kan ske under olika lång tid och beroende på i vilket steg reaktionen avbryts så blir det antingen ett kemiskt härdande konsthartslim alternativt ett
termoplastiskt konsthartslim. För de kemiskt härdande konsthartslimmen avbryts reaktionerna tidigt så att de kan fortgå när de blir applicerade och då krävs det antingen att en härdare tillsätts eller att det appliceras värme. Det kan även krävas en kombination av både härdare och värme för att reaktionen ska starta igen. Ureaformaldehyd, Melaminformaldehyd, Fenolformaldehyd, Resorcinolformaldehyd och Polyuretanlim är exempel på kemiskt härdande konsthartslim. Den tredje och sista gruppen som Raknes (1988) beskriver är termoplastiska konsthartslim som tillverkas på samma sätt som de kemiskt härdande konsthartslimmen men de får reagera klart så de bildar långa kedjemolekyler. Dessa lim appliceras antingen genom att de smälts och appliceras eller att de löses eller emulgeras i någon form av lösningsmedel. PVAc lim, kontaktlim och smältlim är exempel på termoplastiska
konsthartslim. Eftersom deras molekyler reagerar längre innan de stoppas så binds de inte lika starkt till materialet som ett kemiskt härdande lim som
reagerar och bildar större molekyler i materialet förklarar Raknes (1968).
1.1.2.4 Smältlim
Smältlim är ett lim som kan användas till flera ändamål inom träindustrin såsom vid montering av möbler och skåp samt vid kantbandning tack vare sin snabba förmåga att binda till materialet beskriver Frihart (2005). Park och Kim (2003) beskriver att smältlim även har blivit mer populärt då de
uppfyller miljökrav och att det vid rumstemperatur är i fast form. Smältlim är ett lim som består av fullt utvecklade polymerkedjor då det klassas som ett termoplastiskt konsthartslim (Raknes, 1988). Polyamider och
etylen-vinylacetat copolymer (EVA) är två exempel på polymerer som smältlim kan vara gjort på. Enligt Friharts (2005) jämförelse mellan EVA och Polyamidbas på smältlimmet så är EVA billigare men det finns risk att det börjar röra sig vid högre temperaturer eftersom det finns mindre molekyler i den och de kräver inte fullt lika hög temperatur för att röra sig kontra större molekyler. Raknes (1988) beskriver också att för att få rätt viskositet på limmet vid flytande form och för att öka bindningsförmågan så tillsätts det ofta olika typer av vaxer och hartser i limmet. Smältlim är i fast form fram tills det ska användas och då värms det upp vilket medför att det inte är några
10 Linn Andersson
lösningsmedel som ska avdunsta, förklarar Park och Kim (2003). Frihart (2005) beskriver att när smältlimmet värms upp så övergår det till flytande form och tappar då sin styrka men när det sedan stelnar tack vare att
temperaturen sjunker så återfår det sin styrka. Tiden det tar för smältlimmet att binda materialen till varandra beror på limmets temperatur och materialets temperatur men det har rapporterats resultat på tider under en sekund (Ülker, 2016). Smältlimmets snabba bindningstid leder till att det är ett bra lim att använda i en linjeproduktion nämner Tout (2000). Han beskriver också att limmets förmåga att vandra från fast till flytande form och tillbaka gör att limmet kan appliceras innan och sedan aktiveras med värme när limningen ska ske. Att limmet kan vandra mellan fast och flytande form leder även till att det blir känsligt efter applikation för högre temperaturer. Den normala temperaturen för användning av smältlim är cirka 200 °C (Tout, 2000).
1.1.3 Ordförklaring
Några ord som används i denna rapport är bräda, modul, lameller och
stomme. Här kommer en förklaring till dessa samt en förenklad bild (figur 2). Materialet som köps in till produktionen benämns bräda och de sågas upp i bitar som räcker till fyra stommar i bredd. Dessa bitar kallas för moduler. Modulerna delas sedan i den longitudinella riktningen till lameller.
Lamellerna limmas sedan på ett faner vilket då bildar ett stomflak som sedan sågas till fyra stommar. Stommen är grunden i en golvbräda för det är sedan på stommen som slitytan fäst och slitytan är den yta som syns av golvet när det är inlagt i rummet.
11 Linn Andersson
1.1.4 Golvstomsproduktionen idag
Företaget som detta arbete är gjort på är ett svenskt golvföretag. De producerar hela golvbrädan som då består av en stomme som det sedan monteras en slityta på. Slitytan är den yta som syns av golvet och den kan vara gjord av flera olika typer av trädslag men det vanligast är ek. Slitytan kan ha olika typer av mönster som byggs upp av stavar av slitytematerialet. För att kunna skapa en bra golvbräda med hög kvalitet är det viktigt att slitytan håller hög kvalité men även att stommen uppfyller sina krav. Produktionen av stommarna sker genom två linor. Först en lina som i rapporten går under benämningen modullinan och det är där modulerna produceras samt en stomlina där modulerna omvandlas och blir till en färdig stomme. Nedan följer en mer detaljerad beskrivning av produktionen.
Materialet som idag köps in till produktionen är främst tall i VI-sortering men det tas även in små mängder av gran beroende på marknaden. Att det främst är tall som används är för att dess torrkvistar håller ihop bättre än granens som i de flesta fall faller sönder. Materialet som köps in är i bredderna 125, 150 och 175 mm och i längder från 2400 till 5400 mm. När materialet når företaget så torkas det innan det går in i produktionen. Materialet tas sedan in i produktionen där det kapas i moduler som motsvara bredden av fyra
stommar och dessa går sedan vidare till en stapling där de staplas upp för att kunna förflyttas till stomlinan. När materialet sågas till moduler så blir det även en spillbit då materialet som tas in inte är jämnt delbart med modulens längd. Denna spillbit ramlar ner på ett eget band där den går vidare och det fräses en fingerskarv i båda ändarna. Detta för att spillbitarna ska kunna sammanfogas till en bräda som sedan kan gå tillbaka till kapningen där den sågas till moduler. De färdiga modulerna staplas och flyttas sedan vidare till stomlinan. Tiden från att modulerna är färdigstaplade till de tas in i en stomlina varierar beroende på hur stort modullager som finns. För en förenklad bild av modullinan se figur 3.
12 Linn Andersson
Till stomlinan lyfts modulerna av staplarna med en lyft som är den enda rörliga delen. Detta gör att de översta lagren på modulstaplen går snabbt att hämta medan när de sista modulerna ska staplas av måste lyften vandra hela vägen ner och sedan upp igen för att lämna flaket med modulerna. Flaket med moduler placeras i linan och modulerna går sedan vidare till lamellsågarna där de sågas till lameller. Tiden från att modulerna placerats i linan till att de når lamellsågarna är cirka en minut. Tjockleken på lamellerna varierar beroende på vilken typ av golv de ska användas till från 8 mm till 10 mm. Bredden på lamellerna motsvarar modulens tjocklek. Beroende på
modulernas bredd och lamellerna tjocklek så blir det olika antal lameller per modul. Lamelltjockleken och vilken bredd det är på modulerna påverkar också hastigheten på matningen till lamellsågarna. Den varierar mellan 24 och 36 meter per minut och desto tjockare lameller och mindre bredd på modulerna in så används det högre hastighet. Hastigheten rekommenderas att ligga på en nivå som ger ett jämt flöde till manuellsorteringen. Är materialet dåligt och många lameller går sönder så höjs oftast hastigheten. Det är viktigt att samtliga lameller får ett rent sågsnitt på vardera sida då de måste vara i rätt tjocklek så att stommen blir jämn för annars blir det problem vid monteringen av slitytan.
Lamellerna åker sedan vidare till en elevator där trasiga lameller ramlar bort och de andra förs upp på ett band som går vidare till en manuellsortering. Manuellsorteringens uppgift är att sortera bort sådana lameller som inte får vara med i stommen utifrån bestämda regler. Exempel på några regler är att kvisthålen max får vara 25 mm, att lameller som är hartsrika med så kallade kådved som är så feta att de hade varit svåra att limma ska sorteras bort. Lätt kådved får vara med men de ska spridas ut över stomflaket. Vankanter vänds ner mot faneret och max får det vara sju vankanter uppåt på ett stomflak. Lamellernas årsringar ska helst vara stående och får max har en 45 graders lutning. Detta beror på att liggande årsringar rör sig mer än stående och det kan leda till att lamellerna kan spricka upp i den tangentiella riktningen och bli ojämna vilket ger problem vid montering av slitytan. Lamellerna får inte innehålla några längsgående sprickor då dessa kan spricka upp och bilda problem vid slitytan. Lamellerna som sorteras bort manuellt och de som går sönder efter lamellsågarna ramlar ner på ett eget band där de går vidare till att bli pellets. Spån från andra delar av processen går också dit.
De riktiga lamellerna matas sedan vidare för att bli ett stomflak. I början och slutet av stomflaket så placeras det en ändbit för att öka styrkan i ändarna. Mellan ändbitarna matas det in lameller tills det nåtts en viss längd. Det finns en fotocell som läser av längden och stoppar matningen av lameller.
Stomflaket består av ett antal lameller samt ändbitar. Ändbitarna och lamellerna lyfts sedan till ett faner som har ett lager lim och härdare på sig. Flaken värms och pressas sedan så att limmet torkar innan det sågas till färdiga stommar. Varje flak bildar fyra stommar. De färdiga stommarna kontrolleras av en kamera som mäter stommes längd, stommens bredd, stommens tjocklek, ändbitarnas längd och bredd, antal lameller, lamellernas
13 Linn Andersson
längd, storleken på kvisthål, springstorlek samt kontrollerar faneret. Det finns bestämda mått gällande hur stor del faner som får saknas. De stommar som är godkänd går vidare till stapling medan de som kameran har detekterat ett fel på skickas vidare till en lagningsstation.
På lagningsstationen kontrolleras stommarna manuellt och lagas om det exempelvis är en för stor springa, ett för stort kvisthål, en lamell som inte har rätt tjocklek med mera. Anledningen till att det inte får vara för stor springa mellan lamellerna är för att det blir problem vid slitytan om något kvisthål behöver spacklas samt slitytans hållfasthet. En lamell som inte går att laga kan även bytas ut mot en annan men det får inte lagas två lameller bredvid varandra. Skulle det vara två dåliga lameller bredvid varandra som måste lagas är det inte godkänt och då blir den biten av stommen kasserad. Likaså om det är stora hål i faneren som överskrider riktlinjerna. För korta eller för smala ändbitar leder också till att stommen måste kasseras. När det inte går att laga stommen så kapas den i en av tre förutbestämda längder beroende på var felet sitter. Den kan kapas i en liten bit som motsvara en fjärdedel av stommen, en mellan bit som motsvarar halva stommen eller en stor som motsvarar tre fjärdedelar av stommen. Dessa bitar som är riktiga kan sedan sammanfogas till en hel stomme antingen genom en liten och en stor bit eller genom två mellanbitar. Dessa klamras ihop och limmas också med en tunn fanerbit och skickas sedan in bland de riktiga stommarna. Av vissa stommar produceras även provbitar som används i en annan del av processen för tester av slitytan. En förenklad bild av stomlinan visas i figur 4.
Figur 4. Illustration över stomlinan där modulerna omvandlas till lameller som sedan blir till
14 Linn Andersson
1.1.5 Problemformulering
I samband med att allt fler företag vill bli mer miljövänliga och använda sig att en förnybar resurs så blir efterfrågan på trämaterial allt större vilket gör att företag kan ha svårt att få tag på material. Är det brist på material så gäller det att företagen utnyttjar sina resurser på bästa sätt. Företaget som detta arbete har genomförts på upplever idag att det blir stora mängder materialförluster i processen när de producerar sina stommar och det vill de då minska. Både för att kunna minska kostnaderna samt att kunna få ut så mycket som möjligt av materialet då det ibland kan vara brist på material. En tanke väcktes med företaget kring om en dubbellimning av materialet skulle kunna minska andelen som blir materialförlust med förankring i teorin kring limträs förmåga att minska påverkan av enskilda defekter. Att se över processerna och minska materialförluster är något som är relevant för samtliga
träförädlande företag idag. Möjligheten att eventuellt kunna dubbellimma för att minska materialförlusterna är något som skulle kunna appliceras även i andra träförädlande företag som använder sig av lameller som inte kan användas om de går sönder.
1.2 Syfte och mål
Intresset för att utnyttja råvaran mer och minska materialförlusterna för att kunna minska kostnaderna för företaget har lett fram till detta arbete. Syftet var att studera och kartlägga utbytesförlusterna av materialet vid
produktionen av golvstommar för att klargöra var de stora materialförlusterna sker från att virke tas in i produktionen till dess att stommen är klar. Arbetet skulle även studera vilken utbyteseffekt en sammanfogning av modulerna två och två med lim innan lamelltillverkningen ger. Det skulle studeras genom praktiska tester med målet att beräkna sönderfallet vid sammanfogade moduler kontra enstycks moduler. Tanken med sammanfogningen var att minska påverkan av enskilda virkesegenskaper såsom kvistar. Målet med arbetet var att presentera var utbytesförlusterna sker samt ge
förbättringsförslag för processen och var en eventuell sammanfogning av modulerna skulle kunna ske. Målet var även att studera om det kan finns någon ekonomisk vinst med en sammanfogning av moduler kontra en bättre kvalitet på materialet de köper in. Detta leder fram till följande
frågeställningar.
• Hur stora är utbytesförlusterna i processen och var förekommer de i processen?
• Vilken utbyteseffekt ger en sammanfogning av modulerna två och två med lim innan lamelltillverkningen kontra enstycks moduler?
• Finns det någon ekonomisk vinst att sammanfoga moduler av sämre kvalitet kontra köpa in bättre kvalitet?
15 Linn Andersson 1.3 Avgränsningar
För att detta arbete skulle rymmas i tidsramen för 15 hp och på grund av den rådande situationen med COVID-19 pandemin så sattes det upp några
avgränsningar. COVID-19 är en viruspandemi som drabbade hela världen och det har lett till att fler länder har stängt sina gränser och att företag har fått permittera sina anställda vilket har skapat oroligheter i samhället.
Kartläggningen och mätningen av utbytesförlusterna skedde i samband med produktionen då den behövde vara igång hela tiden under arbetspassen då den försörjde andra delar av företaget med material. Studien avgränsades till att endast studera en modullina samt en stomlina. Studien fokuserades endast på deras vanligaste stomme som tillverkas av material i bredden 125 mm. Lamellerna till den stommen är de tjockaste lamellerna de tillverkar. Arbetet avgränsades till att fokusera på processen och inte på de tekniska lösningarna. Det trämaterial som användes till de praktiska försöken var tall då det är det vanligaste materialet som används till lamellerna samt endast en typ av lim som applicerades i fyra limsträngar. Produktionslinan var inte utformad för sammanfogade moduler så testerna genomfördes i en testmiljö.
16 Linn Andersson
2. Material och metoder
För att uppnå studiens syfte samt besvara frågeställningarna har det behövts olika metoder för att samla in information. Till bakgrunden har information samlats in via en litteraturstudie. För att kartlägga processen och dess utbytesförluster har det genomförts fallstudier. Ett laborationsförsök för att studera materialutbytet vid sammanfogning av moduler genomfördes sedan. Allt detta sammanställdes sedan i Word (2019) och Excell (2019) och blev en grund att dra slutsatser utifrån.
2.1 Kunskapsinsamling
Denna rapport består både av utnyttjande av kunskap samt produktion av kunskap. Utnyttjande av kunskap har syftet att utöka kunskapen inom ett visst ämne förklarar Patel och Davidsson (2019). De beskriver även att
informationen som samlas in inte behöver vara till nytta direkt utan ska vara intressant i sig själv för att senare kunna leda till olika tillämpningar.
Insamling av information skedde via faktalitteratur kring trä som material och trälimning samt artiklar kring främst trälimning som söktes fram via
OneSearch, Det relevanta sammanställdes till en bakgrund. Bakgrundens syfte var att skapa en förståelse för ämnet och ge teoretisk förankring vid antaganden i arbetet.
Produktion av kunskap var huvudsyftet med arbetet vilket innefattade fallstudier och ett laborationsförsök. Under fallstudierna insamlades
nödvändig information för att kunna kartlägga produktionens materialutbyte i de olika produktionsstegen. Laborationsförsöket gav resultat kring
modulernas förmåga att hålla ihop efter sågning till lameller vid enkla och ihoplimmade moduler. Resultaten från dessa undersökningar förankrades och jämförs sedan med bakgrunden.
2.2 Kvantitativ studie
Arbetet hade fokus på mätning av processen samt ett laborationsförsök där skillnaden mellan enkla och ihoplimmade moduler skulle jämföras med hjälp av numeriska resultat. Arbetet kan därmed ses som ett kvantitativt arbete. Bakgrundsinsamlingens information hade syftet att vara en grund och ett ramverk för den kvantitativa undersökningen och klassas därför inte som kvalitativt arbete enligt Patel och Davidsson (2019).
2.3 Validitet och reliabilitet hos fallstudie och laborationsförsök
Fallstudierna genomfördes alla under tiden produktionen var igång vilket gav en ögonblicksbild av produktionen vid det tillfället. Då trä är ett levande material och kvaliteten kan variera så kan även det påverkat tillförlitligheten. Det genomfördes ett flertal mätningar men ännu fler skulle även det ökat tillförlitligheten. Vissa mätningar var även indirekt på de anställda som
17 Linn Andersson
arbetar i produktionen och då gjordes mätningar under så lång tid så att det hann vara flera olika anställda på den arbetsstationen då alla arbetar på olika sätt. Då vissa studier genomfördes på de anställda kan Hawthorneffekten påverkat. Hawthorneffekten handlar om att människor som deltar i en forskningsstudier ändrar sitt beteende och presterar bättre när de blir observerade enligt McCambridge et. al. (2014). De beskriver även att storleken på effekten varierar och kan bero på olika sammanhang och förutsättningar.
Laborationsförsöket kunde inte göras i produktionslinjen vilket ledde till att det fick göras i en testmiljö vilket gjorde att förhållandena inte var de samma som i produktionen. Därför gjordes det försök på både enkla och
dubbellimmade moduler i testmiljön så de kunde jämföras. Det gjordes totalt 18 försök med enkla och 18 med dubbellimmade moduler. Modulerna var systematiskt utplockade för att få med samtliga typer av moduler. Ett rent slumpmässigt försök hade krävt fler testobjekt.
2.4 Kartläggning av utbytesförlusterna i produktionen
För att kartlägga produktionen och dess utbytesförluster så gjordes det först en observation över hela processen genom att följa flödet från att materialet togs in till dess att det blev en färdig stomme. Utifrån detta så ritades produktionen upp. Produktionen observerades sedan och där det skedde någon typ av bearbetning identifierades typen av materialförlust vilket noterades i ritningen över produktionen. Dessa platser var i första delen av processen vid kapningen av brädorna till moduler samt vid sammanfogningen av spillbitarna till en ny bräda. I den andra delen av processen var det vid lamellsågarna när lamellerna tillverkades, manuellsorteringen, vid kapningen av flaket till stommarna samt vid lagningsstationen. Dessa delar studerades sedan var för sig genom olika fallstudier. En fallstudie är en undersökning som sker på en bestämd grupp förklarar Patel och Davidsson (2019). Denna grupp är oftast inte så stor såsom en grupp människor, en process eller en arbetsplats. För fallstudier beskriver de att det handlar om att få en helhetsbild över fallet. Fallstudie kan både bestå av observationer och mätningar på processen. Samtliga fallstudier genomfördes i produktionen under ett par veckors tid och genomfördes på material av tall i bredden 125 mm som sågas till de tjockaste lamellerna vilket då gav 10 lameller per modul.
2.4.1 Fallstudie vid modulsågningen
För att mäta utbytesförlusterna vid sågningen av modulerna så stoppades produktionen så att linan tömdes på material. När linan var tom skickades det igenom 168 brädor i längden 3600 mm som sågades till moduler och antalet moduler som producerades räknades sedan vid staplingen. Den längden på materialet som togs in kontra den längden som producerades i form av moduler jämfördes sedan för att utbytesförlusterna skulle kunna beräknas. Även de spillbitar som blev nya brädor räknades med då de återfördes till kapningen och blev moduler.
18 Linn Andersson
2.4.2 Fallstudie av materialförluster vid lamellsågarna
Materialförlusterna vid lamellsågarna bestod både av sågspånet som blir när modulerna sågas till lameller samt de lameller som gick sönder vid
sågningen. För att få fram materialförlusterna i form av sågspånet så jämfördes volymen på modulen kontra volymen på lamellerna utifrån företagets bestämda mått. Andelen som gick sönder efter lamellsågarna studerades genom att under en dag undersöktes lamellerna som kom ut från lamellsågarna och antalet lameller per modul som gick sönder noterades då dessa ramlade bort vid elevatorn. Detta genomfördes fem gånger på var och en av de två lamellsågarna och varje gång studerades 300 moduler i följd. Antalet lameller som gick sönder sammanställdes sedan och sattes i relation till antalet lameller som producerats för att få fram ett förhållande för materialförlusterna. Under tiden antalet trasiga lameller räknades så observerades även anledningarna till att lamellerna gick sönder.
2.4.3 Fallstudie av materialförluster vid manuellsorteringen
Det blev även materialförluster vid manuellsorteringen av sådana lameller som inte var godkända enligt sorteringsreglerna. För att ta reda på hur stor mängden av lamellerna som slängdes så tömdes sorteringsbanden och sedan kördes det igenom två staplar med moduler. Varje stapel innehöll 2115 moduler som sågades till lameller. Alla dessa lameller nådde inte
manuellsorteringen då en del gick sönder efter lamellsågarna. Under tiden lamellerna från de två staplarna passerade manuellsorteringen så antecknades varje hel lamell som slängdes. Lamellerna gick ibland sönder när de kastades ner och ibland kom det med för korta lameller som egentligen skulle ramlat bort vid elevatorn. Det valdes därför att endast räkna de hela lamellerna och de bitar som det gick att se att de hörde ihop med en annan lamellbit. När de två staplarna hade körts igenom blev det stopp i produktionen och
manuellsorteringsbanden blev tomma och studien avslutades. För att få fram andelen material som slängdes vid manuellsorteringen så beräknades först antalet lameller som nådde manuellsorteringen genom att räkna bort det procentuella bortfallet som skedde efter lamellsågarna. Det procentuella bortfallet hämtades från fallstudien kring materialförlusterna vid
lamellsågarna. Andelen som slängdes och antalet lameller som kom till manuellsorteringen sattes sedan i relation med varandra. Efter fallstudien studerades det även vad de vanligaste orsakerna till att lamellerna slängdes var och det gjordes genom att för 600 lameller så noterades det varför de slängdes. Detta resultat sammanställdes sedan i form av ett cirkeldiagram för att se vad den största anledningen till manuell bortsortering var.
2.4.4 Materialförluster vid kapningen av stomflak till stommar
Materialförlusterna vid kapningen av stomflaket till stommar var den mängden som sågades bort från flaket för att producera fyra stommar. Materialförlusterna beräknades genom att måtten på stomflaket som grundar
19 Linn Andersson
sig i fanerets storlek sattes i relation med måtten som fyra stommar motsvarar.
2.4.5 Fallstudie av materialförlusterna vid lagningsstationen
För att kunna beräkna materialförlusterna vid lagningsstationen så behövdes det ett samband för hur stor del av stommarna som skickades till lagningen. Det beräknades genom att läsa av antalet som inte var godkända från kameran som avgör om stommen är godkänd eller inte. Antalet som inte var godkända av totalt 3000 stommar noterades och sattes i relation med varandra för att få ut den procentuella andelen stommar som skickades till lagningen. På
lagningsstationen studerades sedan 400 stommar. För varje stomme
antecknades det om den var godkänd, om den behövdes lagas eller om den behövde kasseras. Vid kassation av stommen noterades hur stor bit som sparades utifrån de tre förutbestämda längderna eller om hela behövde kasseras samt varför stommen behövde kasseras. Andelen som kasserades beräknades genom att de bitar som kunde sparas räknades bort. Resultatet sattes sedan i förhållande till den andel stommar som nådde lagningsstationen och därefter i förhållande till den totala mängden klara stommar.
Anledningarna till kassation sammanställdes i cirkeldiagram.
2.4.6 Sammanställning
När samtliga fallstudier var gjorda sammanställdes resultaten i ett
stapeldiagram som visar andelen utbytesförluster i form av material in kontra ut vid varje bearbetningssteg. Utifrån diagrammet går det sedan att läsa av var den största materialförlusten skedde och om det var till följd av sågförluster i form av spån vid bearbetning eller på grund av materialbrister som gjorde att materialet gick sönder eller hade någon brist som gjorde att det behövde sorteras bort.
2.5 Utbytet vid sammanfogade moduler
För att se om en sammanfogning av två moduler skulle leda till mindre materialförluster genomfördes ett experiment. Enligt Patel och Davidsson (2019) är experimentförsök undersökningar som studerar enstaka faktorer såsom om lamellerna håller ihop om de limmas ihop två och två. Då försöken skedde i en testmiljö och med ett urval av moduler så valdes det att testa både enkla moduler och dubbellimmade för att få resultat att jämföra med
varandra.
2.5.1 Urvalet av moduler
Materialet som användes till försöken var moduler som hämtades från produktionen. Modulerna var av tall och då antal och typen av kvistar varierade mellan modulerna så valdes det att göra ett icke slumpmässigt urval. Modulerna valdes att plockas ut enligt ”sämsta, mellan och bästa”. Det innebar att de bästa modulerna som gick att hitta och de sämsta som gick att
20 Linn Andersson
hitta plockades ut samt ett mellanting. Dessa plockades från de tre översta lagren på två staplar med moduler. Urvalet fokuserades på kvistarna och gränserna för de olika klasserna var följande. De som plockades ut som de ”bästa” fick endast innehåll synliga kvistar som var maximalt 2 mm och inte genomgående se figur 5. För ”mellan” var torrkvistar som gick genom modulen tillåtna om de var mindre än 10 mm samt torrkvistar och färska kvistar som inte gick igenom modulen om de maximalt var 30 mm se figur 6. I ”sämsta” gruppen tilläts moduler med torrkvistar som var större än 10 mm samt torrkvistar och färska kvistar som inte gick igenom modulen men är större än 30 mm se figur 7.
Med tanke på detta urval så genomfördes det sex försök i vardera grupp av de enkla moduler. För de dubbellimmade kombinerades de på de sex olika sätten som var möjliga och av varje kombination så prövades det tre. Detta
resulterade i att det blev de 18 bästa, 18 mellan och 18 sämsta provbitar som plockades fram. Inom varje klass slumpades sedan modulerna till de enkla och de dubbla försöken genom att de plockades från högen med moduler allt eftersom. Modulerna fotograferades och märktes vilket försök de tillhörde.
2.5.2 Enkla moduler
De enkla modulerna sågas precis som de var med en såg av typen cirkelsåg av märket Casadei KS 15. Klinga var 3,5 mm och hade en hastighet på 4200 varv per minut. Sågen ställdes in så att lamellerna blev cirka 10 mm tjocka. Modulerna sågades sedan i så många lameller som möjligt en i taget. Under sågningen mättes tjockleken på några lameller för att se så de höll sig kring 10 mm. När alla moduler sågats klart studerades en modul i taget gällande antal lameller det blev, antalet trasiga lameller samt varför lamellen gick sönder vid sågningen och detta nedtecknades för att sedan kunna
sammanställas.
Figur 5. Bild på en modul som räknas till de bästa.
Figur 6. Bild på en modul som räknas till de mellan.
21 Linn Andersson
2.5.3 Dubbla moduler
De dubbla modulerna bestod av två moduler som var sammansatta med hjälp av lim, se figur 8. I försöket så kombinerades modulerna på de sex möjliga kombinationerna bäst-bäst, mellan, sämst-sämst, bäst-mellan, mellan-sämst och bäst-mellan-sämst. Av varje kombination så gjordes det tre test. Innan testerna märktes det upp var limsträngarna skulle appliceras. Måttet för limsträngarnas placering var 25 mm samt 305 mm från vardera kant se figur 9. Modulerna limmades sedan med smältlim. Valet av smältlim som lim berodde på att limmet skulle kunna stelna fort samt att det skulle kunna bilda ett mellanrum då företaget efterfrågade det. Smältlimmet som användes var från Biltema och bestående av EVA 40%, Resin 55 % och paraffin wax 5 %. Limmet appliceras med limpistolen BCD 360 Adhesive gun och med
temperaturen 195 °C. En provbit vägdes på en våga av märket Sartorius universal. Sedan applicerades lim i fyra strängar som var cirka 3 mm höga och mellan 5 och 10 mm breda för att därefter vägdas. Den ungefärliga mängden lim per dubbel modul som det gick åt var knappt 8 gram.
Modulerna limmades sedan med fyra strängar och när limmet var applicerat lades modulen ihop med den andra. Modulerna trycktes ihop under cirka 10 sekunder förhand och limmet hade stelnat efter cirka en minut. Samma procedur upprepades sedan på de övriga två omgångarna moduler av samma kombination. Därefter sågades de tre dubbellimmade modulerna på samma sätt som de enkla modellerna. Samma limningsprocedur och sågning
upprepades på de övriga fem kombinationerna av dubbla moduler. Samtliga dubbla moduler kontrollerades sedan gällande antal lameller, hur många av dem som gick sönder, varför de gick sönder samt om lamellerna höll ihop eller inte och varför de eventuellt inte höll ihop efter sågningen. Samtliga limfogars tjocklek mättes även och samtliga resultat nedtecknades och sammanställdes.
Figur 9. Visar limsträngarnas placering på en modul.
22 Linn Andersson
2.5.4 Analys av resultatet
Resultatet från de enkla modulerna sammanställdes per klass, ”sämsta, mellan och bästa” vilket visade i vilken grupp flest lameller gick sönder efter
sågningen. Den totala andelen trasiga lameller för de enkla modulerna sammanställdes i ett stapeldiagram tillsammans med resultatet för de dubbla modulerna som redovisades i två staplar. Lamellerna från de dubbla
modulerna studerades både som enkla och dubbla lameller. Dubbel lameller innebär de lameller som bildas av de dubbla modulerna alltså två enkla lameller som sitter ihop se figur 10. För de dubbla modulerna redovisades det en stapel för andelen enkla lameller som gick sönder samt en stapel för andelen dubbel lameller som gick sönder. För dubbel lamellerna så innebar att gå sönder att en del av någon av lamellerna gått av och lossnat. Hål till följd av torrkvistar som lossnar ansågs inte som att dubbel lamellen hade gått sönder så länge lamellbitarna på vardera sidan satt kvar. Detta på grund av att den lamellen kommer att följa med vidare i processen och hålet kan lagas vid lagningsstationen. Storleken på limfogarna sammanställdes i en Excel fil där den genomsnittliga tjockleken på samtliga limfogar räknades fram.
2.5.5 Ekonomisk jämförelse
Avslutningsvis så genomfördes en jämförelse mellan kostnaden att köpa in virke av en högre kvalitet per modul kontra att limma ihop modulerna två och två. Det gjordes genom att de olika kvalitetsklasserna för furuvirke studerades utifrån informationen om de som sammanställts i bakgrunden för att se om det teoretiskt kan öka utbytet att gå upp i klasserna. Det studerades även hur stor andel lameller som gick sönder i de olika grupperna ”sämsta, mellan och bästa” för att få förståelse kring vilket material som går sönder vid sågningen. Priset för de olika klasserna som företagets inköpsavdelningen tagit fram beräknades om från kubikmeter till per modul och borträkning av den andelen materialförlust som blev i modullinan. Priserna per modul sattes sedan i relation med priset för VI-sorteringen då det är den kvalitet de använder sig av idag. Prisskillnaderna sammanställdes sedan i en tabell. Det pris som beräknades fram gav sedan en bild av vad limmet maximalt får kosta för att det ska ge en ekonomisk vinst kontra en bättre kvalitet.
23 Linn Andersson
3. Resultat
Resultatet består av två delar där den första delen beskriver
materialförlusterna i produktionen och var de förekom. Den beskriver också hur stora materialförlusterna var i de olika processerna. Det lyfts även observationer från processen och anledningar till materialförlusterna som observerats. Den andra delen visar resultatet från de praktiska testerna där enkla moduler och dubbla moduler jämförs. Anledningarna till eventuella trasiga lameller beskrivs också samt tjockleken på limfogarna. Det resultatet mynnar sedan ut i en jämförelse i kostnad gällande att använda
dubbelimmade moduler kontra en bättre kvalitet på materialet in.
3.1 Utbytesförluster i produktionen idag
Under observationerna av produktionen så identifierades två bearbetningar av materialet i modullinan se figur 11. Det var vid kapningen av brädorna till moduler där det bildades spån till följd av ändkapningen och vid sågskären. Det bildades även en spillbit men den ramlade ner på ett eget band och blev därmed inte till någon materialförlust då den fingerskarvades ihop med andra förkorta bitar och kommer sedan tillbaka till materialintaget där de kapades till moduler. Det försvann då endast den mängden spån som blev vid fingerskarven av spillbitarna. Det observerades att fingerskarven inte alltid höll ihop så bra när det blev många korta bitar som skarvades ihop. Det berodde på att desto kortare spillbitar det blev desto fler fingerskarvar fick plats och bitarna trycktes bara ihop en viss längd som inte tog hänsyn till antalet fingerskarvar per bräda.
Figur 11. Illustration av modullinan från bräda till färdig modul, kompletterade med
24 Linn Andersson
I stomlinan var det flera typer av bearbetning som ledde till någon typ av materialförlust, se figur 12. Den första var sågningen av moduler till lameller som bildade sågspån. Sågningen skedde med hastigheten 34 meter per minut under observationerna vilket var medelhastighet för den typ av lameller. Under observationer av lamellerna efter lamellsågarna så var den vanligast orsaken till att lamellerna gick sönder torrkvistar men det förekom även sprickor som ledde till att lamellerna gick sönder. Efter lamellsågarna nådde lamellerna elevatorn där de ramlade ner i ett fack och sedan kom det ett rullband med piggar som plockade upp dem och de som inte var full längd ramlade bort. När lamellerna rullade runt i elevatorn observerades det att en del lameller som hade större knaggar gick sönder där och att lamellerna ibland hamnade snett och drog med sig riktiga lameller ner bland de trasiga. Lamellerna med full längd fortsatte sedan vidare till manuellsorteringen där lameller med för stor böj, sprickor, större knagghål än 25 mm, stora mängder fetved med mera sorterades bort. Manuellsorteringen sköttes manuellt av de anställda och under tiden manuellsorteringen observerades så märktes det att alla sorterade olika och därmed slängde olika mycket. Anledningen till att lamellerna sorterades bort var främst på grund av vankant, följt av kvistar och kvisthål och tredje vanligaste var kådved eller kådlåpor enligt figur 13 som visar resultatet kring varför de 600 lamellerna som observerades
manuellsorterades bort (bilaga 1).
De riktiga lamellerna åkte sedan vidare och limmades på faner innan de nådde nästa bearbetningssteg som var då stomflaket sågades till fyra stommar. Där blev det materialförluster i form av sågspån då stommarna sågades till rätt längd och bredd. Stommarna kontrollerades och de ej godkända stommarna åkte till lagningsstationen som var den sista delen i produktionen som ledde till materialförluster. Stommarna lagades i möjligaste mån men vissa bitar gick inte att laga. Av de 400 stommar som kontrollerades vid lagningsstationen under fallstudien var det totalt 63 stommar som hela eller delar av behövde kasseras. Den vanligaste anledningen till kassation av delar av stommen var enligt figur 14 på grund av ojämnt långa lameller vilket innebar att lamellerna på den ena långsidan inte var tillräckligt långa
(bilaga 2). De två näst vanligaste anledningarna till kassation vid
lagningsstationen var att det saknades faner eller att ändbitarna var för korta alternativt för smala enligt den fallstudie som genomfördes. Vid fallstudien vid lagningsstationen observerades det även att det material som användes till att laga stommarna med om det var ett för stor mellanrum mellan två lameller eller ett för stort kvisthål var riktiga lameller som hade sågats till mindre bitar.
25 Linn Andersson
Kvistar och kvisthål 30%
Fetved eller kådlåpa 17% Vankant 34% Stor böj 8% Tunn tjocklek 1% Ojämn kant 6% Spricka4%
Figur 12. Illustration av stomlinan från modul till färdig stomme, kompletterade med orange
pratbubblor där materialförluster uppstår och i vilken form materialförlusterna var.
Figur 13. Cirkeldiagram över resultatet av fallstudien gällande anledningarna till att
