Comparative Analysis of the Physical, Chemical, and Mechanical Properties of Scots Pine Wood (Pinus sylvestris) Grown in Sarıkamış and Other Pine Species

Abstract

Five different pine species naturally grow in Turkey's native forests: Pinus brutia (Turkish red pine), Pinus nigra (black pine), Pinus sylvestris (Scots pine), Pinus pinea (stone pine), and Pinus halepensis (Aleppo pine). Among them, Scots pine (Pinus sylvestris) is preferred for various applications due to its superior wood characteristics, such as narrower annual rings, straighter stems, and fewer wood defects compared to other pine species. Factors such as the tree's habitat, altitude, aspect, and soil properties significantly affect its wood properties. In this study, several chemical (extractives, hemicellulose, and alpha-cellulose), physical (density, tangential, radial, and longitudinal swelling), and mechanical (bending strength, modulus of elasticity, screw withdrawal resistance, and static hardness) properties of Scots pine wood, known for its advantageous technical qualities, were investigated. Chemical analysis revealed that the wood contains 4.42% extractive content, 27.72% hemicellulose, and 45.73% alpha-cellulose. According to physical tests, the oven-dry density was found to be 0.535 g/cm³; tangential, radial, longitudinal, and volumetric swelling ratios were 8.0%, 4.5%, 0.8%, and 13.3%, respectively. The fiber saturation point was determined to be 25%, and the water absorption capacity was 71%. Regarding mechanical properties, the average bending strength was recorded as 80.7 N/mm² on the tangential surface, 88.8 N/mm² on the radial surface, and 85.4 N/mm² at approximately 45° (diagonal direction). The highest value was observed on the radial surface, while the lowest occurred on the tangential surface. The average modulus of elasticity in bending was found to be 7525.5 N/mm² (tangential), 9030.6 N/mm² (radial), and 8853.4 N/mm² (diagonal direction).

Türkiye'nin doğal ormanlarında beş farklı çam türü yetişmektedir. Bunlar; Kızılçam, Karaçam, Sarıçam, Fıstıkçamı ve Halep çamıdır. Sarıçam ağacının odunu, diğer çam türleri odunlarına göre daha dar yıllık halka, daha düzgün gövde, daha az odun kusuru bulundurması gibi nedenlerden dolayı birçok kullanım yeri için tercih edilmektedir. Ağaçların yetişme yeri, rakım, bakı, toprak özellikleri gibi etkenler odun özelliklerini etkilemektedir. Bu çalışmada, üstün odun özellikleri nedeniyle tercih edilen Sarıçam odununun bazı kimyasal (ekstraktif, hemiselüloz ve alfa selüloz), fiziksel (yoğunluk, teğet yönde genişleme radyal genişleme ve boyuna genişleme) ve mekanik özellikleri (eğilme direnci, elastikiyet modülü, vida tutma direnci, statik sertlik) araştırılmıştır. Kimyasal analiz sonuçlarına göre Sarıçam odununun %4,42 oranında ekstraktif madde, %27,72 oranında hemiselüloz ve %45,73 oranında alfa selüloz içerdiği tespit edilmiştir. Fiziksel özelliklerin belirlenmesi için yapılan testler sonunda; tam kuru yoğunluk 0,535 gr/cm3, teğet, radyal, boyuna ve hacimsel genişleme yüzdeleri sırasıyla %8,0-4,5-0,8-13,3, lif doygunluk noktası %25 ve su alma miktarı %71 olarak belirlenmiştir. Mekanik özelliklerden; eğilme direnci ortalama değerleri teğet yüzeyde 80,7 N/mm2, radyal yüzeyde 88,8 N/mm2 ve çapraz yönde (~45°) 85,4 N/mm2 olarak en yüksek değer radyal yüzeyde elde edilirken en düşük değer teğet yüzeyde elde edilmiştir. Eğilmede elastikiyet modülü ortalama değerleri teğet yüzeyde 7525,5 N/mm2, radyal yüzeyde 9030,6 N/mm2 ve çapraz yönde (~45°) 8853,4 N/mm2 olarak belirlenmiştir.