Методические основы создания новых видов клееных древесных материалов

Литература

1. Бучко Я., Крутел Ф. Использование вторичных ресурсов древесного сырья в производстве объемистых кормов // Химическая технология древесины: сб. науч. тр. - Л.: Изд-во ЛТА, 1986. - С. 104-107.

2. ГОСТ 13797-84. Мука витаминная из древесной зелени. Утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29 июня 1984 г.№2244. - М.: Изд-во стандартов, 1984.

3. Солодская Г.Ф., Выродов В.А. Новые биоактивные препараты из древесной зелени // Химия и химическая технология древесины: сб. науч. тр. - Л.: Изд-во ЛТА, 1985. - С. 3-7.

4. Ягодин В.И. Основы химии и технологии переработки древесной зелени. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. - С. 131.

УДК 674.093.026 А.А. Лукаш

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ВИДОВ КЛЕЕНЫХ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Описана методика разработки новых видов клееных древесных материалов, обоснована последовательность их разработки и внедрения в производство.

Ключевые слова: продукция, древесина, склеивание, материалы, изделия, разработка, качество, патент, оборудование, техпроцесс.

A.A. Lukash METHODOLOGICAL BASES FOR CREATION OF THE NEW KINDS OF PLYWOOD MATERIALS

The technique for development of the new kinds of plywood materials is described, the cycle of their development and introduction in manufacture is proved.

Key words: production, wood, pasting, materials, products, development, quality, patent, equipment, technical process.

Древесина является хорошим отделочным, конструкционным и теплоизоляционным материалом. Сочетание свойств в различной комбинации способствует созданию новых древесных материалов. На основе клееной слоистой древесины изготавливается большое количество материалов - фанера общего назначения, фанера бакелизированная, облицованная, декоративная, композиционная и армированная фанера, плиты фанерные, гнуто- и плоскоклееные заготовки из шпона и др. [1]. Технология их изготовления достаточно отработана и изучена. Создание новых, более качественных и конкурентоспособных материалов из древесины является необходимым условием успешного развития деревообрабатывающих предприятий.

В настоящее время наблюдается снижение интереса исследователей к разработке новых материалов из клееной слоистой древесины, что подтверждается малым количеством публикаций, посвященных вопросам склеивания и создания новых клееных древесных материалов. Поэтому основной задачей данных исследований является привлечение интереса исследователей к разработке новых видов древесных материалов.

Автор исследований имеет определенный опыт создания новых видов древесных материалов: рельефной фанеры, филенчатой фанеры, композиционной профильной фанеры с наружными слоями из лущеного шпона и внутренними слоями из осмоленной стружки, плиты фанерной ячеистой и др. [2-8]. Разработка и внедрение новых материалов является достаточно трудоемким процессом. От правильности выбора технологии изготовления этих материалов зависит успешность внедрения их в производство. Работы по разработке новых материалов будут более успешными, если они будут производиться в определенной последовательности, по специально разработанной методике. Целью исследования является - способство-

вать правильному выбору направлений совершенствования древесных материалов, оценки перспективности разработки, разработки технологии их изготовления для успешного внедрения в производство.

Производство древесных клееных слоистых материалов направлено на устранение основных недостатков древесины и улучшение основных потребительских ее свойств за счет применения определенных способов воздействия. Схема направленного улучшения свойств древесины представлена на рисунке 1.

После определения назначения и области применения нового материала устанавливают основную цель разработки и способы воздействия. Это может выражаться в разработке новых устройств, внедрении дополнительных операций или изменении параметров существующих режимов.

Рис. 1. Схема направленного улучшения свойств древесины:

X Х2 ... Хп - недостатки строения древесины; У1 ,У2 ...Уп - улучшаемые характеристики;

7.1, ... 1п - способы воздействия

Операции технологического процесса можно разделить на три категории - стабилизирующие, дестабилизирующие и корректирующие. Стабилизирующие операции ведут к улучшению требуемых свойств. Дестабилизирующие операции «противоположны» требуемым целям. Так, например, для получения изделий большого формата (древесно-стружечная плита) операция измельчение сырья в стружку будет дестабилизирующей. Уменьшение размеров древесины при измельчении является противоположным цели процесса.

Применение дестабилизирующих операций часто является необходимостью. Древесина после гидротермической обработки становится более пластичной, качество получаемого шпона улучшаются. Корректирующие операции устраняют последствия дестабилизирующих операций. Затем выбираются основные технологические операции. При разработке новой технологии необходимо учитывать, что чем меньше технология нового материала будет отличаться от технологии аналогичного материала, тем быстрее и с меньшими затратами материал может быть внедрен в производство. Упростить технологический процесс создания древесных клееных материалов способствует применение структурной модели, показанной на рисунке 2. Процесс изготовления ламинированной древесно-стружечной плиты можно классифицировать следующим образом. Древесно-стружечная плита изготавливается большого формата, имеет большую твердость и прочность, чем, например, хвойная древесина, и одинаковые свойства по длине и ширине. Следовательно, цель изготовления классифицируется как Ц124. Основными технологическими операциями являются измельчение древесины в стружку, сушка и осмоление стружки, формирование стружечного пакета, прессование в горячем прессе, охлаждение в веерном охладителе, обрезка по формату и шлифование, т.е. согласно структурной схемы Т2-7. Способ изготовления древесно-стружечной плит классифицируется как С23; П3; Ц124; Т2-7.

Облицовывание древесно-стружечной плиты ламинированной пленкой обозначится как Т568. Итоговая классификация изготовления ламинированной древесностружечной плиты - С 23; П3; Ц124; Т2-7, Т568. Использование структурной модели позволяет выявить повторяющиеся операции для упрощения технологического процесса.

і

ф

-О

О з о

С1 - Круглые лесоматериалы

С2 - Низко-качественная древесина

С3 - Обработки

П1 - Пиломатериалы П2 - Шпон П3 - Стружка П4 - Волокно

Ц1 - Увеличение размеров

Ц2 - Улучшение прочностных показателей

Ц3 - Улучшение декоративных свойств

Ц4 - Устранение анизотропии

Ц5 - Уменьшение объемно-влажностных деформаций

ч. Ц6 - Придание специальных свойств

С п о с об п р и д а н и я т р е б у е м ы х с в о й с т в

Т1 - Термическая обработка водой или другими веществами

Т2 - Удаление влаги или другого растворителя

Т3 - Внесение синтетических веществ

Т4 - Формирование структуры материала

Т5 - Обработка давлением

Т6 - Термообработка

Т7 - Окончательная (механическая) обработка

Т8 - Соединение с другими материалами

Рис. 2.. Структурная модель производства древесных клееных материалов

Изменение свойств материалов и придание новых улучшенных характеристик приводит к созданию нового более качественного материала. Работу над созданием новых материалов необходимо постоянно улучшать. В связи с этим инновационная модель создания новых видов клееных древесных материалов, изображенная на рисунке 3, имеет форму восходящей вверх спирали. Совершенствование конструкции материала, способа его изготовления, применяемого оборудования и технологии необходимо производить постоянно, на более высоком витке.

Рис. 3. Инновационная спираль

Одновременно улучшить все показатели нового материала не представляется возможным. Улучшение одних показателей неизбежно приводит к снижению других показателей. Изготовить материал, у которого все свойство улучшились бы одновременно, практически невозможно. Например, с повышением водостойкости и прочности фанеры путем применения при склеивании фанеры фенолоформальдегидными клеями увеличивается себестоимость ее изготовления за счет увеличения количества технологических операций и применения более дорогих клеев [1]. Но при этом могут ухудшаться экологические показатели.

Для увеличения теплоизоляционных характеристик в материале необходимо создать воздушные прослойки [2, 4]. Но плотность материала при этом уменьшается и, как следствие, снижаются его прочностные показатели. После определения назначения и области применения нового материала устанавливают основную цель разработки и способ ее достижения.

При разработке нового материала, технологии или оборудования необходимо четко установить цели разработки. Основной целью производства клееных материалов является устранение наиболее существенных недостатков строения древесины, которыми являются: наличие объемно-влажностных деформаций и пороков строения; пористость древесины; анизотропия свойств и др.

Способы воздействия выбираются в зависимости улучшаемых характеристик. Так, для устранения анизотропии применяется склеивание слоев шпона с различным взаимным расположением волокон. Часто применяемый способ воздействия приводит к одновременному улучшению нескольких характеристик. Пропитка шпона фенолоформальдегидными клеями перед склеиванием бакелизированной фанеры повышает не только водостойкость фанеры, но и увеличивает прочностные ее показатели [1].

Значительно больший эффект производит комбинированное применение материалов. Корпусная мебель из древесно-стружечной или древесно-волокнистой плиты, облицованной строганным шпоном или синтетическими рулонными материалами, получила широкое распространение в настоящее время. Значительно упрочняет клееную слоистую древесину армирование металлической сеткой. Придание объемной пространственной структуры гнутоклеенным изделиям позволило повысить их прочность при малом расходе сырья [1]. Выбор улучшаемых характеристик зависит от назначения или предполагаемой области применения нового материала. После установления целей разработки необходимо определить способы воздействия.

Создание новых материалов невозможно без хорошего знания технологий существующих материалов. Знание особенностей строения древесины, процессов, протекающих при обработке древесины, во многом смогут облегчить решение поставленной задачи.

Правильность теоретических разработок подтверждается изготовлением опытных образцов. В этих образцах необходимо определить качественные характеристики. Если в образцах новой продукции оцениваются ранее неизвестные свойства, например, декоративные, то необходимо разработать метод их определения.

Завершающим этапом является организация серийного производства нового вида продукции. Характеристики нового производимого материала отличаются от традиционных видов продукции. Эти характеристики разрабатываются совместно с инженерно-техническими работниками предприятия, должны быть закреплены в технических регламентах, ГОСТах или технических условиях. После начала серийного производства необходимо продолжить работу по совершенствованию технологии, применяемого оборудования и конструкции новой продукции.

Рис. 4. Рельефная фанера Рис. 5. Филенчатая фанера

Рис. 6. Композиционная профильная фанера Рис. 7. Плита фанерная ячеистая

Рис. 8. Ячеистая стеновая панель из древесных Рис. 9. Разноцветный рельефный фасад

материалов

Таким образом, предложенная методика значительно упрощает создание новых материалов. Разработка и внедрение в производство новых материалов будет более успешной, если ее выполнять в определенной последовательности, используя описанные схемы. Применение изложенной методики позволило автору разработать новые виды клееных древесных материалов (рис. 4-9).

Литература

1. Волынский В.Н. Технология клееных материалов: учеб. пособ. для вузов. - 2-е изд. - Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2003. - 280 с.

2. Новые строительные материалы - рельефная фанера и плита фанерная ячеистая / А.А. Лукаш [и др.] // Строительные материалы. - 2006. - №12. - С.38-39.

3. Лукаш А.А., Дьячков К.А. Строительные изделия из измельченной древесины // Строительные материалы. - 2009. - №1. - С.54-55.

4. Лукаш А.А. Технологические особенности производства рельефной фанеры // Лесн. журн. - 2009. -№2. - С. 92-96.

5. Савенко В.Г., Лукаш А.А., Шкиль К.К. Ячеистая фанерная плита // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2006. - №6. - С. 14-15.

6. Пат. 2212334 Российская Федерация, МПК С 27 В270 3/00. Устройство для склеивания древесных слоистых материалов / А.А. Лукаш. Опубл. 20.09.2003, Бюл. № 26. - 2 с.

7. Пат. 2252865 Российская Федерация, МПК С1 В27 0 1/06, В 32 В 3/22. Способ склеивания древесных слоистых материалов / В.Г Савенко, А.А. Лукаш. Опубл. 27.05.2005, Бюл. №15. - 2 с.

8. Лукаш А.А., Данилкина Ю.В., Пикашов Н.Н. Фасады для корпусной мебели с цветным рельефным рисунком на лицевой поверхности // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2010. - № 4. - С.10-12.