КОНСТРУКЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ

Полезная модель относится к области производства клееных деревянных конструкций и может быть использована для изготовления стеновых материалов, мелкоразмерных сборных конструкций, элементов строительных конструкций и самих конструкций, подвесных и подшивных потолков, столярных и мебельных щитов. В частности, полезная модель рассматривает конструкцию конструкционной деревянной панели облегченной структуры, обладающей высокими прочностными свойствами и высоким сопротивлением изгибу и кручению.
Конструкционные материалы - материалы, из которых изготавливаются различные конструкции, детали машин, элементы сооружений, воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами таких материалов являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.) (https://ru.wikipedia.org/).
На современном рынке строительных материалов существует потребность в легких и прочных панелях, содержащих экологически чистые материалы, способствующие быстрому возведению конструкций любого назначения, в том числе, зданий, мебели, полов, перекрытий и т.д. В связи с этим панели из деловой древесины могут отвечать этим требованиям.
Деревянные решетки - это легкость форм, простота конструкции, долговечность, практичность, универсальность. В нестоящее время решетки из дерева повсеместно используются в качестве декоративного или отделочного материала в самых различных решениях: на открытой веранде, беседке, крыльце, в качестве дачных и садовых ограждений, пергол и даже в городских квартирах, где самые обычные экраны для батарей существенно преображают зрительное восприятие комнаты. Также решетки так же используются для оформления мебельных фасадов, залов кафе, баров, ресторанов и прочих общественных мест. Решетка из натуральной древесины и изделия из нее органично вписываются в любой интерьер. Помимо эстетической составляющей, декоративные решетки из дерева выполняют целый ряд практических функций: разграничивают пространство, облегчают создание объемных решений в интерьере и экстерьере, создают искусственное затенение в зонах отдыха, выступают в качестве своеобразных экранов. Решетчатая ажурность привлекает взгляд, придает легкость и воздушность любой конструкции.
Такое ограниченное применение обусловлено тем, что решетки из дерева как строительные панели, не обладают прочностью, легко деформируются, подвергаются изгибным нагрузкам, а при локальном приложении нагрузки решетка ломается. В связи с этим сегодня деревянные решетки используются исключительно в качестве легких декоративных панелей. Это ограничение вызвано тем, что решетки выполняются из тонких и длинномерных планок и после соединения между собой представляют хрупкую структуру, легко реагирующую на приложение нагрузки.
Для исключения этого недостатка и повышение прочности деревянных решеток была разработана решетчатая деревянная строительная панель, представляющая собой по крайней мере один ряд одинаково ориентированных по длинной стороне и расположенных на расстоянии друг от друга планок из дерева, которые соединены между собой за счет вкладышами для образования плоской конструкции, между каждыми двумя смежно расположенными планками расположен по крайней мере один дополнительный элемент из дерева, выполненный с двумя противоположно расположенными плоскими и параллельными друг другу поверхностями, к каждой из которых приклеена по одной стороне одна из двух указанных смежно расположенных планок, при этом стенки указанных планок по каждой другой смежной стороне расположены в общей плоскости (RU 147337, Е04С 2/00, опубл. 10.11.2014). Данное решение принято в качестве прототипа.
Согласно данного решения к поверхностям наружных стенок плоской конструкции могут быть приклеены армирующие листовые слои в виде сетки или полотна и/или плитного материала.
Данная особенность конструктивного исполнения строительной панели обеспечивает достаточное снижение веса при увеличении прочности и несущей способности. Однако, увеличение прочности достигается либо увеличением количества слоев решетчатых панелей, либо усилением поверхностных слоев, наклеиваемых на решетчатую структуру. Армирующие листовые слои в виде сетки или полотна не решают в полной мере задачу повышения прочности и сопротивления изгибу в силу того, что сами эти слои податливы и изгибаемы, а их прочность в панели обеспечивается клеевым составом. Использование плитного материала в виде фанеры или ДСП или МДФ приводит к решению задачи повышения сопротивления изгибным напряжениям и прочности, но это приводит к потере экологической привлекательности, увеличению веса и, соответственно стоимости изделия.
При этом важным является формирование такой поверхности на панели, чтобы она отвечала условиям хорошей адгезии с покрывным материалом (обои, плитка, краска, шпон, ламинированная пленка и т.д.), которым эта поверхность может быть отделана. Если учесть, что решетчатая панель с наружными листами может использоваться в мебельном производстве или при финишной отделке интерьеров и различных конструкций, то такое требование становится оправданным.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных характеристик конструкционной строительной панели решетчатого типа за счет использования высокой жесткости картона в качестве поверхностных слоев решетчатой структуры.
2
Указанный технический результат достигается тем, что конструкционная панель, представляет собой плоскую решетчатую конструкцию, выполненную из одинаково ориентированных по длинной стороне и расположенных на расстоянии друг от друга планок из дерева, и в которой между каждыми двумя смежно расположенными планками расположен по крайней мере один дополнительный элемент из дерева, выполненный с двумя противоположно расположенными плоскими и параллельными друг другу поверхностями, к каждой из которых приклеена по одной стороне одна из двух указанных смежно расположенных планок, при этом к по крайней мере одной наружной поверхности, образованной одинаково ориентированными по длинной стороне и расположенными на расстоянии друг от друга планками из дерева, приклеен армирующий листовой слой в виде плитного материала из предназначенного для работы в воздушной среде картона с плотностью от 120 до 2200 г/м при увеличении толщины от 0,25 до 2,0 мм.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид конструкционной решетчатой панели.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция конструкционной деревянной решетчатой панели, используемой в качестве строительного материала и обладающей малым весом при высоких показателях сопротивления изгибу и кручению и несущей способности. Эти показатели определяют эксплуатационные характеристики изделия, позволяющие панель использовать для изготовления стеновых материалов, дверей, откосов, мебельных деталей, мелкоразмерных сборных конструкций, элементов строительных конструкций и самих конструкций, а также элементов покрытий пола и кровли, подвесных и подшивных потолков, столярных и мебельных щитов.
Особенностью рассматриваемой решетчатой деревянной строительной панели является то, что она выполняется из деревянных планок 1 (тонких длинномерных дощечек или пластинок), полученных из древесины - части ствола дерева определенных размеров и качества, являющихся конечным продуктом лесозаготовительного производства или используемых как полуфабрикаты для дальнейшей механической или химической переработки. Для деревянных планок может использоваться как деловая древесина, так и низкосортная древесина. Для дополнительных элементов-вкладышей можно использовать еще более бросовый материал, опил сучков и т.п.
Решетчатая деревянная строительная панель в общем случае представляет собой плоскую конструкцию, составленную из одного ряда одинаково ориентированных по длинной стороне и расположенных на расстоянии друг от друга планок 1 из дерева (или (склеенных между собой ламелей, ДСП, МДФ, ОСП, фанеры или деревосодержащего материала), которые соединены между собой за счет дополнительных элементов 2 из дерева (могут быть массивными монолитными или склеены из ламелей, ДСП, МДФ, ОСП, фанеры) (фиг. 1) или деревосодержащего материала.
Между каждыми двумя смежно расположенными планками 1 расположен по крайней мере один дополнительный элемент 2 (вкладыш) из дерева, выполненный с двумя противоположно расположенными плоскими и параллельными друг другу поверхностями, к каждой из которых приклеена по одной стороне одна из двух указанных смежно расположенных планок. При этом стенки указанных планок по каждой другой смежной стороне расположены в общей плоскости. В этой плоской конструкции планки обращены навстречу друг другу широкими сторонами, а узкие стороны образуют наружные поверхности. Возможно исполнение, когда планки соединены между собой узкими сторонами, а широкие стороны образуют наружные поверхности. Планки могут быть в сечении прямоугольными (четырехугольными) или квадратными. Форма планок определена технологией получения планки из ствола дерева или листового, плитного материала.
В примере, приведенном на фиг. 1, планки 1 прямоугольной формы однонаправлено расположены по длинной стороне и соединены между собой короткими частями этих же планок. Короткие части являются дополнительными элементами 2 в виде вкладышей и приклеены к планкам. Дополнительные элементы могут располагаться в любом порядке: упорядочено, как это показано на фиг. 1, то есть в ряд и каждой из двух противоположно лежащих сторон плоской конструкции, или в шахматном порядке или в любом ином порядке). Дополнительные элементы могут иметь различную геометрию, длину и толщину и их количество как по ширине или толщине, так и по длине между планками так же может быть различным.
Для получения решетчатой деревянной строительной панели раскладывают планки 1 и дополнительные элементы 2 (вкладыши) между ними, наносят клеевой состав или адгезив на контактирующие поверхности и стягивают или сжимают всю конструкцию в направлении поперек направления планок и прижимают по плоскости. После полимеризации клеевого состава или адгезива образуется силовая пространственно жесткая плоская конструкция повышенной пространственной жесткости и повышенного сопротивления изгибу и кручению. Это определено тем, что склеивание планок с дополнительными элементами происходит по достаточно развитой поверхности и с тем, что каждая планка (за исключением крайних) имеет контакт с двумя и более дополнительными элементами. То есть каждая планка через дополнительный элемент является опорой для смежной планки, обеспечивающей перераспределение локальной нагрузки с одной планки на рядом расположенные планки. Чем длиннее дополнительные элементы, тем более надежным является соединение планки с вкладышем. Но это не критично, так как при увеличении количества вкладышей возможно использовать короткие дополнительные элементы.
В качестве вкладышей могут быть использованы части дерева, стволов бамбука, композиты. Вкладыш может быть выполнен высотой, равной высоте планок, или высотой менее высоты планки, но более половины высоты планки. Вкладыш может иметь форму цилиндра, кольца круглого или квадратного, могут иметь коробчатое сечение.
Существенным для исполнения вкладыша является наличие в нем двух противоположно расположенных плоских и или параллельных друг другу поверхностей, которые используются для нанесения клеевого состава (любого по природе происхождения, главное, чтобы обладал сцепными качествами с деревом. Эти вкладыши расположены между планками и скрепляют смежные планки между собой, образуя жесткую одноуровневую пространственную конструкцию. Вкладыши между планками могут быть расположены линейно с каждого края и между каждыми смежно расположенными планками.
После формирования плоской конструкции осуществляют обработку (например, шлифовку) наружной поверхности с целью формирования ее плоскостности и соблюдения равной высоты конструкции по всей ее площади с каждой ее наружной поверхности.
Применение планок с вкладышами позволяет создавать пространственно развитые в заданном направлении ячеистые структуры, обладающие при малом весе высокими механическими свойствами. Структура решетчатой панели хорошо воспринимает нагрузки в направлениях, совпадающих как с направлением волокна дерева, так и поперек этих волокон, а этот как раз нагрузки, поперечные к панели, что позволяет панели с такой структуры рассматривать в качестве строительного листового материала с высокой несущей способностью. Такая панель обладает сниженным весом, который определяется, по сути, весом только весом планок и вкладышей. Так как после обработки дерево и клеевые композиции практически не подвержены воздействию агрессивных сред и не обладают эластичностью, то после высыхания клея или полимеризации адгезива происходит монолитизация всей ячеистой конструкции.
На конечную жесткость и сопротивление изгибу толщина планки в таких конструкциях не влияет. В связи с чем рентабельным становится использование тонких планок, отличающихся от бруска: происходит серьезное облегчение решетчатой структуры без снижения ее прочностных качеств. Конечная пространственная жесткость и сопротивление изгибу ячеистой системы определяется конфигурацией формируемых ячеек и способность каждого отдельного элемента нести нагрузку в совокупной связи со смежно расположенными элементами структуры.
Предложенная конструкция строительно-отделочной решетчатой панели позволяет получить панели любой толщины и конструкции при малом весе, при этом конструкция получается достаточно жесткой для использования в качестве несущих плит. Изготовление решетчатых конструкций из дерева становится рентабельным и экономически выгодным, так как используется практически весь ствол в качестве исходного материала.
Но с увеличением площади плоской решетчатой конструкции повышается ее изгибность или кручение. Это явление относится к негативным, так как при изгибе происходит смещение концевых частей панели относительно друг друга. Для устранения этого явления к по крайней мере одной наружной поверхности, образованной одинаково ориентированными по длинной стороне и расположенными на расстоянии друг от друга планками из дерева, приклеен армирующий листовой слой 3 в виде плитного материала. При этом этот плитный материал выполнена из картона, предназначенного для работы в воздушной среде.
В качестве электротехнического картона используется картон электроизоляционный "ЭВ" или «ЭВС» (ГОСТ 2824-86), который применяется для электроизоляции при работе в воздушных средах при температуре до 90°C. Электротехнический картон также используется для изготовления лекал в легкой промышленности. Для крышек при сшивании документов для архивного хранения. Для документов длительного хранения и повседневного пользования также используется электрокартон, также называемый электротехническим картоном. Картон электроизоляционный изготавливается в листах и рулонах: рулонный электрокартон толщиной 0,2-0,5 мм и листовой электрокартон толщиной 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 мм (см. таблицу 1 по параметрам прочности при разных толщинах картона).
Электротехнический картон изготавливается на картоноделательной машине из 100%-ной целлюлозы высокой химической чистоты (обычный электроизоляционный картон производят из древесной сульфатной целлюлозы и из хлопчатобумажного тряпья для обеспечения повышенной прочности). Для изготовления электрокартона может применяться один из двух способов - вальцовка или каландрирование. Более прогрессивным является процесс уплотнения картона методом прокатки, т.е. путем обжатия картона прокатными валками. Процесс по своей сути непрерывный и поддается максимальной степени механизации. В процессе обжатия (прессования) картона из него выжимаются вначале воздух, а затем частично и влага. Картон осаживается и уплотняется за счет уменьшения капиллярного пространства между волокнами целлюлозы. Уплотненный картон имеет повышенную прочность, так как в процессе прессования увеличивается число точек соприкосновения волокон от дельных слоев картона и, кроме того, отжимаемая вода за счет переноса волокон из одного слоя в поры другого увеличивает сцепление между ними. Плотный картон имеет минимальное количество пустот и влаги, и, следовательно, детали, изготовленные из него, в процессе эксплуатации будут иметь и минимальную усадку. Уплотнение картона при прессовании идет не беспредельно, а до тех пор, пока сила прессования не уравновесится силами упругой деформации целлюлозной массы и силами гидравлического сопротивления влаги при истечении из капилляров
Электротехнический картон характеризуется высокой плотностью, равномерной толщиной, гладкостью, высокой механической прочностью, гибкостью. Для специальных целей поверхность картона может быть текстурирована (ГОСТ Р 53636-2009 «Целлюлоза, бумага, картон. Термины и определения»).
В настоящее время электрокартон применяется в:
- швейном и текстильном производстве в качестве материала для изготовления лекал и трафаретов);
- для электроизоляции в различном оборудовании;
- в мебельном производстве (благодаря высокой плотности и прочности может использоваться в качестве материала для изготовления задних стенок мебели, а также, для сохранения формы спинок и боковин диванов и кресел).
Именно высокая прочность листового электрокартона при малой толщине и высокое сопротивление изгибу позволяют рассматривать электротехнический картон в качестве плитного материала, который позволяет исключить кручение решетчатой панели при ее выполнении в габаритах 2,5×1,5 м. Такой электрокартон практически не нагружает весом панель, но существенно повышает ее прочность. При этом электрокартон обладает прекрасной текстурой, обеспечивающей высокую адгезию к приклеиваемому или наносимому покрывному материалу.
Проведенные эксперименты показали, что для облицовки решетчатой структуры с целью повышения ее прочностных качеств может использоваться не только электроизоляционный картон, но и прокладочный картон или жаккардовый картон или иной картон с параметрами плотности, которые приведены в таблице 2.
2
2
Так же могут использоваться различные модификации гильзового картона, которые маркируются знаками от «С» до «С-5». Каждая марка картона отличается своими техническими характеристиками, благодаря чему есть возможность индивидуального подбора, в зависимости от потребностей производителя упаковки и требований к готовым изделиям. Обычно картон нарезают лентами и сматывают их в бобины. Промышленность выпускает гильзовый картон толщиной от 0,5 до 0,8 мм в рулонах шириной 700, 840, 1050 и 2100 мм. Благодаря высокой прочности материала, изготовленные из него гильзы надежны и способны выдерживать большую нагрузку при машинном разматывании рулонов ткани на высокой скорости. Гильзовый картон имеет плотность 170-190 гр/м. (цвет - серый, зеленый, коричневый); 140, 220, 250 гр/м (цвет - белый).
2
2
Таким образом, обобщающим признаком выбора картона из всего многообразия его видов является толщина и плотность, которая прямо связана с жесткостью картона. Толщина - величина переменная, так как зависит от габаритов решетчатой конструкции. При небольших габаритах достаточно использовать картон с небольшой толщиной. А для габаритных панелей - картон с толщиной 1 мм до 2 мм. Но ничто не ограничивает применение тонкого картона высокой плотности для габаритных решетчатых конструкций. Таким параметром являются плотность - 120-2200 г/м и толщина - 0,25-2,0 мм. Однако, при этом имеется зависимость плотности от толщины картона, которая выражается как увеличение плотности от 120 до 2200 г/м при увеличении толщины от 0,25 до 2,0 мм.
Оклейка решетчатой конструкции панели листовым картоном позволяет получить облегченную конструкционную панель с высокими прочностными показателями. Как минимум плитный материал наклеивается на боковые поверхности, при этом торцевые поверхности остаются деревянными. Возможна оклейка панели и с торцевым сторон.
Для компенсации обязательных напряжений при обтяжке электрокартоном можно:
- облицовку делать двусторонней;
- вторую сторону (плоскость), «задник» облицовывать сеткой, тканью или плитным материалом, шпоном и т.д.;
- не клеить картон по плоскости, а только по торцевым краям щита.
Крепление картона на решетку, панель:
- клеить по плоскости;
- клеить по плоскости с загибанием краев на торцы намазанные клеем;
- не клеить по плоскости, а только по торцам с клеем;
- не клеить по плоскости, а загибать края на торец и фиксировать багетом или рамкой.
- запасовка краев картона во внутренний контурный паз решетки и т.д.
Из таких одноуровневых решетчатых структур можно образовывать многослойные конструкции решетчатых панелей путем наложения одной решетчатой плоской конструкции на другую с заданным смещением или под углом один к другому. Плоские конструкции между собой скрепляются клеевым способом, или механическим - шкантами, шурупами и т.д.
Количество слоев картона с одной (и обратной) стороны шита решетчатой структуры может быть два и более.
Наружный плитный материал может быть прикреплен и к поверхностям наружных стенок плоской конструкции. Наружные слои упаковывают плоскую конструкцию со всех сторон, образуя строительный блок, защищенный от воздействия влаги и внешней среды. Такую упаковку можно применять не только для многослойных панелей, но и для однослойных для изготовления мебельных, строительных и декоративно-отделочных щитов. Такие многослойные панели представляют собой жесткую конструкцию, обладающую высокой несущей способностью.
Преимущества панелей:
- экологичный материал без меламинов, фенолов и формальдегидов;
- легкий и стабильный;
- дешевый;
- чистая и ровная поверхность для последующей окраски, оклейки и обтяжки различными материалами или фанеровки шпоном.