Основы технологии производства древесных строительных материалов

Современное строительное производство связано с широким применением древесины и изделий на ее основе: из древесины изготовляют полы, двери, стены, кровлю, дверные и оконные коробки, различные деревянные строительные конструкции и др.

Важнейшим достоинством древесины по сравнению с другими конструкционными материалами является то, что ее ресурсы восстанавливаются. Широкое распространение древесины объясняется также другими ее положительными свойствами: это достаточно прочный и легкий материал, хорошо работающий при вибрационных нагрузках. Древесина технологична: ее можно обрабатывать резанием на деревообрабатывающих станках и придавать практически любую форму, кроме того, пластичность древесины и возможность изменения ее свойств при термо- и влагообработке позволяют получать изделия методами

гнутья, лущения, прессования. Древесина прочно удерживает металлические и другие крепления, хорошо склеивается. Для древесины характерны низкая тепло- и звукопроводность, достаточная стойкость в агрессивных средах. Она имеет высокие декоративные качества, при этом их можно целенаправленно менять различными способами: изменением направления разреза, крашением, отделкой различными лакокрасочными материалами.

Наряду с этим древесина обладает и рядом недостатков: неоднородность строения и свойств вдоль и поперек волокон, формоизменяемость при изменении влажности, способность к возгоранию и загниванию, изменение прочности при наличии в ней тех или иных пороков.

Для повышения качества и долговечности древесины ее пропитывают синтетическими полимерами и различными клеями.

Древесные породы, применяемые в строительстве, подразделяются на хвойные и лиственные. К хвойным породам относятся сосна, лиственница, кедр, пихта и др., к лиственным ‑ дуб, береза, осина, ясень, бук, ольха, тополь, клен и др.

Хвойные породы преимущественно используются для изготовления несущих строительных конструкций, шпал, столбов, свай, столярных изделий, фанеры, так как они имеют прямой и длинный ствол, мало отличающийся по толщине в верхнем и нижнем срубах, и лучшее качество древесины.

Лиственные породы, имеющие твердую древесину (дуб, ясень и др.), применяются для изготовления деталей несущих строительных конструкций, паркета, фанеры, дверей и панелей, различных столярных изделий и др. Лиственные породы с мягкой древесиной используются для изготовления деталей конструкций временных зданий и сооружений, а также дверей, окон, плинтусов, кровли, опалубок при бетонных работах.

Древесные материалы, применяемые в строительстве, подразделяются на круглые лесоматериалы, пиломатериалы и строительные детали и изделия.

Круглыми лесоматериалами называются отрезки древесных стволов с корой или без коры, очищенные от сучьев. При толщине в верхнем отрубе не менее 14 см отрезки стволов называются бревнами; от 8 до 13 см ‑ подтоварниками и от 3 до 7 см ‑ жердями.

В зависимости от назначения бревна подразделяются на строительные и пиловочные. Строительные бревна применяются для изготовления несущих строительных конструкций для жилых, общественных и промышленных зданий, опор линии электропередачи и связи, железнодорожных шпал, в гидротехнических сооружениях и при строительстве мостов, а пиловочные ‑ для получения пиломатериалов.

Пиломатериалы получают в результате продольной распиловки бревен. По форме и размерам пиломатериалы подразделяются на следующие виды: доски (ширина больше двойной толщины), бруски (ширина равна двойной толщине или меньше ее), брусья (ширина или толщина более 100 мм). К пиломатериалам относятся также заготовки, которыми называют пиломатериалы с размером и качеством, соответствующими изготовляемым деталям. Они должны иметь припуски на усушку и последующую обработку.

По виду обработки заготовки подразделяют на пиленые и калиброванные, т.е. предварительно простроганные. Последние могут иметь различный профиль.

Строительные детали и изделиявыпускают в виде паркета, строганных погонажных изделий, столярных плит, фанеры, клееных столярных изделий, древесностружечных и древесноволокнистых плит.

Паркет используется для лицевого покрытия полов и подразделяется на планочный и щитовой. Планочный паркет представляет собой дощечки различных размеров и формы с профилированными краями, щитовой состоит из реечного основания, на которое наклеивается планочный паркет.

К строганным погонажным изделиям относятся доски для настила полов, подоконные доски, строганные бруски и брусья, плинтусы и наличники, кровельные плиты для временных зданий и т.д.

Большое количество древесных строительных материалов и изделий получают из шпона ‑ тонких листов древесины, получаемых строганием или лущением.

Шпон строганый предназначен для облицовывания деталей и сборочных единиц, изготовленных из малоценных пород древесины, древесностружечных плит или фанеры. Облицовка создает более красивую декоративную поверхность, повышает прочность и формоустойчивость деталей, защищает плиты от внешних воздействий.

Шпон лущеный применяют для изготовления клееной слоистой древесины, древесных пластиков, гнутоклееных деталей, спичек, для облицовывания древесностружечных плит. Текстура шпона лущеного, за редким исключением, имеет невысокие декоративные свойства, поэтому в качестве облицовочного материала этот вид шпона применяется для внутренних, невидимых поверхностей изделий.

Столярные плиты представляют собой щиты, склеенные из реек древесины и оклеенные с обеих сторон двумя слоями лущеного шпона ‑ наружным и подслоем. Все слои должны иметь одинаковое направление волокон древесины и располагаться перпендикулярно рейкам.

Столярные плиты выпускают нешлифованными и шлифованными. Их применяют для изготовления щитовых деталей мебели, полов, стеновых панелей, в транспортном машиностроении и ДР-

Строительная фанера ‑ листовой материал, получаемый склеиванием нескольких слоев лущеного шпона фенолоформальдегидными клеями. Для обеспечения прочности фанеры направление волокон двух соседних шпонов должно быть перпендикулярным друг к другу- Число слоев шпона ‑ от 3 до 13. Фанеру считают изготовленной из той породы, которая использована для наружных слоев.

Строительная фанера применяется для обшивки наружных и внутренних стен зданий, устройства ограждающих конструкций и внутренних перегородок, как кровельный материал для временных и подсобных помещений.

К клееным столярным изделиям относятся элементы дверей, окон и перегородок, щиты для кровельных покрытий и т.д., склеенные синтетическими смолами и белковыми клеями.

Древесностружечные плиты (ДСП) изготовляют из некондиционных лесных материалов и отходов деревообрабатывающей промышленности методом горячего прессования при добавлении связующего (карбамидные смолы). Древесностружечные плиты имеют одинаковые, достаточно высокие прочностные показатели по длине и ширине, но обладают невысокой прочностью на растяжение. Они выпускаются необлицованными и облицованными шпоном или синтетической пленкой.

Древесностружечные плиты широко применяются в строительстве (для настила полов, облицовки стен и потолков, устройства различных перегородок), в мебельной и радиотехнической промышленности, в машиностроении и других отраслях.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготовляют из некондиционных лесных материалов и отходов деревообрабатывающей промышленности горячим прессованием древесноволокнистой массы со связующими фенольными или карбамидными смолами. Они могут быть облицованы с одной или с двух сторон листовыми или пленочными материалами, а также окрашены. По техническим свойствам древесноволокнистые плиты бывают био-, огне-, влагостойкими и звукопоглощающими. Их выпускают гладкими с одной или с двух сторон.

Древесноволокнистые плиты применяют в строительство как материал для термо- и звукоизоляции, для обшивки и облицовывания стен, перегородок, междуэтажных перекрытий, потолков.

В производстве строительных изделий из древесины в последнее время находят применение гнутоклееные детали, которые получают склеиванием шпона или фанеры с одновременным гнутьем.

Производством древесных строительных материалов занята главным образом деревообрабатывающая промышленность, которая включает следующие основные группы производств, имеющие высокий уровень механизации и автоматизации:

• лесопильное, использующее в качестве основного исходного сырья круглые лесные сортименты. Его продукцией являются в основном пиленые и строганые полуфабрикаты;

• производство клееных материалов и плит, основным исходным сырьем которого являются круглые лесные сортименты, древесные отходы и клеи, а продукцией ‑ разные клееные полуфабрикаты;

• производство изделий из древесины. Его основное исходное сырье ‑ древесные материалы (полуфабрикаты), пластмассы, металлы, стекло, клеи, лаки, ткани и др.; продукция ‑ готовые изделия, например, мебель.

В производстве древесных строительных материалов в зависимости от их вида и назначения используют следующие разновидности технологических процессов:

• раскрой пиломатериалов на заготовки;

• первичная механическая обработка заготовок;

• формообразование заготовок;

• склеивание заготовок;

• прессование изделий;

• облицовывание изделий.

Рассмотрим подробнее основы технологии вышеперечисленных процессов.

Раскрой пиломатериалов заключается в их разделении на заготовки определенного размера. Важнейшая задача раскроя ‑ наибольший выход заготовок с учетом требуемого качества.

Раскрой может быть индивидуальным и групповым. В первом случае учитывают размеры и качество досок и выбирают наиболее рациональную схему, во втором ‑ раскрой ведут по заранее установленной схеме без учета качества сырья. При групповом раскрое выход заготовок снижается до 7 % по сравнению с индивидуальным, но зато выше производительность труда.

Плитные материалы, а также фанеру раскраивают сквозными резами (продольный и поперечный раскрой). Для получения заготовок правильной формы и хорошего качества создают чистовые базовые кромки.

Для получения максимального выхода заготовок предварительно составляют карты раскроя, которые представляют собой графическое расположение заготовок на стандартном формате раскраиваемого материала. При составлении карт раскроя учитывают максимальный выход заготовок, комплектность деталей разных размеров и назначения в соответствии с объемом выпуска изделий, минимальное количество типоразмеров заготовок в одной карте и минимальное повторение одних и тех же заготовок в разных картах.

Первичная механическая обработка брусковых заготовок включает создание базовых поверхностей для их дальнейшей обработки на станках и подготовку к склеиванию и облицовыванию. Механическая обработка плит и щитов предназначена главным образом для устранения их разнотолщинности. С этой целью проводят их калибрование методом шлифования.

Формообразование изделий из древесины можно проводить различными способами:

• выпиливанием криволинейных заготовок;

• методом гнутья прямолинейных заготовок;

• методом гнутья заготовок из массивной древесины или шпона с одновременным склеиванием.

Выпиливание криволинейных заготовок отличается простотой технологии, но ведет к неизбежному перерезанию волокон древесины, что ослабляет прочность деталей. Кроме того, данный способ не обеспечивает высокий выход заготовок. Однако он находит практическое применение, особенно в тех случаях, когда заготовки имеют малую кривизну и не несут высоких нагрузок. Для получения изделий из древесины сложных форм используют пиление, фрезерование, строгание, шлифование.

Получение заготовок методом гнутья прямолинейных брусков требует специального оборудования и более сложной технологии и по этой причине его применение, несмотря на ряд преимуществ, ограничено.

Технологический процесс изготовления гнутых деталей включает раскрой на заготовки, их гидротермическую обработку, гнутье, сушку после гнутья, а также последующую механическую обработку.

Гидротермическая обработка улучшает пластические свойства древесины. Она может проводиться методами пропаривания и проваривания. Оптимальная влажность древесины при гнутье ‑ 25‑30 % , температура в центре заготовки ‑ 100 ° С.

Пропаривание ведут в пропарочных котлах насыщенным паром при давлении 0,02 ‑0,05 МПа и температуре 102‑105 ° С. Время пропаривания определяют главным образом в зависимости от толщины заготовки.

Для проваривания заготовок применяют различные емкости. Воду нагревают до температуры 90‑95 °С, время проваривания составляет 1‑2,5 ч в зависимости от размеров и влажности заготовок. Проварку заготовок применяют в тех случаях, когда пропаривание затруднено, например, если необходимо обработать только часть детали (носки лыж).

Склеивание является одним из основных видов соединений при производстве изделий из древесины. Оно позволяет получать детали требуемых размеров, увеличивать их формоустойчивость, прочность и улучшать декоративные свойства, повышать полезный выход заготовок, использовать короткомерные и низкосортные заготовки и отходы.

Технологический процесс склеивания включает следующие основные стадии: подготовку склеиваемых материалов; подготовку клеевых растворов; нанесение клея на склеиваемые поверхности; запрессовку склеиваемых заготовок и выдержку их под давлением, выдержку склеенных заготовок после запрессовки; механическую обработку.

Клеевые соединения должны обеспечивать прочность склеивания не ниже прочности склеиваемых материалов. Склеивание осуществляют при нормальной температуре в помещении (холодное склеивание) и при повышенной (горячее склеивание).

Изготовление прессованных деталей и изделий из измельченной древесины является практически безотходным методом производства и позволяет экономить качественную массивную древесину. В этом процессе в качестве сырья используют различные отходы деревообработки и малоценную древесину, в качестве связующего ‑ в основном карбамидоформальдегидные смолы.

Материалы и изделия из измельченной древесины обладают рядом достоинств. Их можно изготовлять требуемых размеров и свойств, выполнять при прессовании необходимые пазы, гнезда, отверстия и другие элементы, сводя к минимуму механическую обработку. Меняя технологические параметры и количество связующего, можно регулировать свойства получаемых изделий и производить детали с облицованной поверхностью.

Для приготовления древесно-клеевой композиции измельченную древесину смешивают со связующим. Далее древесно-клеевую массу загружают в пресс-формы, внутренние поверхности которых покрывают смазочным материалом для предотвращения прилипания к ним прессуемого материала. При необходимости в пресс-форму укладывают облицовочный материал и крепежную арматуру.

Основными параметрами, управляющими процессом прессования, являются температура прессования, влажность пресс-массы и время выдержки в прессе. Прессование ведут при температуре 120 ‑160 °С и давлении 2‑20 МПа в зависимости от требуемой плотности изделия.

Облицовывание предназначено для улучшения декоративных свойств поверхности, повышения прочности деталей, создания покрытия, защищающего от выделения токсических веществ (например, облицовывание древесностружечных плит).

Облицовывание может быть односторонним, когда облицовочный материал наклеивается на одну сторону, и двухсторонним. Его можно выполнять в один слой, т.е. когда облицовочный материал наклеивается непосредственно на основу, и в два слоя, т.е. с подслоем. Щитовые детали облицовывают, как правило, с обеих сторон.

Процесс облицовывания включает следующие стадии: подготовку основы, подготовку облицовки, приклеивание облицовки к основе, технологическую выдержку после облицовывания.

В заключение отметим, что по мере развития технологии и появления новых конструкционных материалов, особенно полимерных, они заменяли древесину, но полностью не вытеснили и вряд ли вытеснят в обозримом будущем. Более того, с развитием технологии деревообработки, технологии модификации древесины и создания новых композиционных материалов на основе отходов деревообработки области применения древесных строительных материалов расширяются.