Древесная плита
WOOD BOARD

Изобретение относится к области строительных материалов и может быть использовано, в основном, в деревоперерабатывающей промышленности при производстве древесных плит в качестве материала для устройства покрытий полов по сплошному основанию, перегородок жилых помещений и т.п.
Известна пресс-композиция для изготовления прессованных строительных изделий из растительного сырья (Пат. РФ № 2173256; МПК B27N 3/08, C08L 97/02; опубл. 10.09.2001), для приготовления которой используют растительное сырье – кору, которую подвергают гидролизу при температуре 170-180°С в течение 2 ч., после чего массу сушат до влажности 8% и прессуют сначала при температуре 20°С и давлении 15 МПа, а затем – при температуре 160°С и том же давлении. Продолжительность прессования составляет 1 мин. на 1 мм толщины готовой плиты. После горячего прессования так называемый «пластик» подвергают охлаждению в прессе без снятия давления.
2
Недостатком такого решения является то, что для его осуществления требуются стадии гидролиза и охлаждения готового «пластика» в прессе без снятия давления, что усложняет технологию в целом и удорожает производство. Кроме того, из-за большого давления прессования (150 кгс/смили 15 МПа) и, как следствие, высокой плотности изделий, ассортимент таких плит ограничен, а сами плиты имеют низкую прочность из-за отсутствия в них связующего.
Известны древесная плита и способ ее изготовления (Пат. РФ № 2245783; МПК B27N 3/00, B27N 3/02, B27N 3/04; опубл. 10.02.2005), в котором древесная плита выполнена прессованием ковра без синтетических связующих и состоит из смеси измельченной до фракции 40-5000 мкм березовой коры и наполнителя преимущественно из волокон целлюлозы, при следующем соотношении от общей сухой массы, масс.%: березовая кора – 60-95; волокна целлюлозы – 5-40. Вместо волокон целлюлозы может использоваться лигно-целлюлозно-полимерная композиция в виде измельченных частиц растительного происхождения – древесной стружки, макулатуры, стеблей однолетних растений (гуза-паи, камыша, соломы, костры и т.п.), а также лузги, отдубины и др. Наружные слои такой древесной плиты могут включать порошок вторичного полимера из поливинилхлорида, полиэтилена или лавсана и т.п. Перед формированием ковра наполнитель увлажняют до 18-20% абсолютной влажности и смешивают с измельченной березовой корой. Ковер формируют толщиной, равной 200-300% от толщины готовой древесной плиты.
Недостатком данной древесной плиты является то, что она обладает низкими прочностными свойствами из-за присутствия большой массовой доли березовой коры и отсутствия связующего. Кроме того, древесная плита имеет большую неровность поверхности из-за наличия включений березовой коры большого размера (со стороной куба до 5 мм). При этом большая неровность поверхности древесной плиты (особенно ее верхнего слоя) связана с просыпанием при формировании ковра мелких частиц сквозь пустоты между крупными частицами. В результате этого мелкие частицы оказываются, в основном, во внутреннем слое и, отчасти, в нижнем слое древесной плиты, что приводит к ее короблению. Таким образом, как такового упрочняющего слоя в такой древесной плите нет, а использование в наружных слоях древесной плиты поливинилхлорида, полиэтилена или лавсана не приведет к существенному упрочнению плиты, но значительно увеличит ее стоимость.
Известна древесная плита (NovaUm.ru. Композиционный материал на основе сосновой коры и стружки. Режим доступа: http://novaum.ru/public/p734), содержащая внутренний слой и два наружных упрочняющих слоя, при этом внутренний слой выполнен из древесной стружки и коры или древесного волокна и коры, смешанных со связующим, а древесную плиту получают путем горячего плоского прессования. В качестве наружных упрочняющих слоев древесной плиты применяется строганый  шпон толщиной 0,8 мм. В древесной плите используется сосновая кора влажностью 6% и фракцией 5-30 мм. Массовое соотношение коры и древесной стружки или древесного волокна составляет 2:1. Полученная масса смешивается с карбамидоформальдегидной смолой, отвердителем которой является хлористый аммоний. Температура горячего плоского прессования древесной плиты составляет 160°С, продолжительность – 15 мин. Принята за прототип.
Недостатком такой древесной плиты является использование в качестве ее наружных слоев строганого шпона толщиной всего 0,8 мм, что приводит к большой неровности поверхности материала из-за довольно крупных частиц коры, фактически представляющих собой технологическую щепу (по длине, ширине и толщине от 5 до 30 мм), при этом полученный материал имеет низкую прочность в связи с большим количеством коры во внутреннем слое материала. Такие размеры частиц коры, особенно по толщине, способствуют не только возникновению большой неровности поверхности материала, но и повышению его пористости. Кроме того, влажность коры, равная 6%, является большой: с целью сокращения продолжительности горячего плоского прессования в технологиях древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит влажность древесной стружки или древесного волокна находится на уровне 2-5%. В то же время, большая продолжительность горячего плоского прессования композиционного материала (15 мин.) приводит к термодеструкции связующего, особенно в наружных слоях древесной плиты.
Целью, на достижение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества поверхности и прочности древесной плиты, а также сокращение продолжительности ее горячего плоского прессования.
Это достигается тем, что в древесной плите, содержащей внутренний слой и два наружных упрочняющих слоя, при этом внутренний слой выполнен из древесной стружки и коры или древесного волокна и коры, смешанных со связующим, а древесную плиту получают путем горячего плоского прессования, согласно изобретению, в качестве наружных упрочняющих слоев используется фанера марки ФСФ толщиной 3-4 мм, а внутренний слой древесной плиты выполнен из древесной стружки, используемой в технологии древесно-стружечных плит для внутреннего слоя, и коры березы, осины, ольхи в одинаковом соотношении влажностью 3-4%, при этом размеры коры по длине, ширине и толщине составляют 2-4 мм, или из древесного волокна, используемого в технологии древесно-волокнистых плит, и коры указанных выше размеров, при следующем соотношении компонентов внутреннего слоя древесной плиты, масс.%: древесная стружка или древесное волокно – 50-80, кора березы, осины, ольхи в одинаковом соотношении – 20-50; после чего компоненты внутреннего слоя древесной плиты смешиваются со связующим в количестве 10-12% в пересчете на сухое вещество от абсолютно сухой массы внутреннего слоя, в качестве которого используется карбамидоформальдегидная смола марки КФ-МТ-15 с 1%-ным содержанием в ней хлористого аммония от массы жидкой смолы, а горячее плоское прессование проводится при температуре 170-175°С, давлении 2,3-2,4 МПа и продолжительности 0,3-0,35 мин. на 1 мм толщины древесной плиты.
Древесная плита содержит два наружных упрочняющих слоя, выполненных из фанеры, и один внутренний слой, выполненный из древесной стружки и коры березы, осины, ольхи в одинаковом соотношении или из древесного волокна и указанной выше коры, смешанных со связующим.
Изготовление древесной плиты осуществлялось следующим образом.
2
В качестве наружных упрочняющих слоев древесной плиты использовали фанеру марки ФСФ толщиной 3-4 мм, удовлетворяющую требованиям ГОСТ 3916.1-2018 «Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. Технические условия». Фанеру изготавливали в лабораторных условиях с использованием смолы марки СФЖ-3014 (ГОСТ 20907-2016 «Смолы фенолоформальдегидные жидкие. Технические условия») с расходом 120 г/мповерхности лущеного шпона. В качестве отвердителя смолы использовали хлористый аммоний в количестве 1,0% от массы смолы 60%-ной концентрации, а в качестве породы древесины лущеного шпона – березу. Толщина шпона для фанеры толщиной 3 мм составляла 1,15 мм, слойность – 3, а для фанеры толщиной 4 мм использовали шпон толщиной 1,5 мм такой же слойности. После холодной подпрессовки производили горячее прессование фанеры в лабораторном прессе с форматом плит 600×600 мм при температуре 130°С и давлении 1,8 МПа.
о
Внутренний слой древесной плиты изготавливали из древесной стружки, используемой в технологии древесно-стружечных плит для внутреннего слоя, и коры березы, осины, ольхи в одинаковом соотношении влажностью 3-4%, при этом размеры коры по длине, ширине и толщине составляли 2-4 мм, или из древесного волокна, используемого в технологии древесно-волокнистых плит, и коры указанных выше размеров, при следующем соотношении компонентов внутреннего слоя древесной плиты, масс.%: древесная стружка или древесное волокно – 50-80; кора березы, осины, ольхи в одинаковом соотношении – 20-50. Древесную стружку использовали с промышленной линии производства древесно-стружечных плит марки Р2 (ГОСТ 10632-2014 «Плиты древесно-стружечные. Технические условия»). Древесное волокно использовали с промышленной линии по производству древесно-волокнистых плит сухого способа производства. Кору требуемых размеров получали на корорубке. В качестве связующего использовали карбамидоформальдегидную смолу марки КФ-МТ-15 (ТУ6-06-12-88 «Смола карбамидоформальдегидная КФ-МТ-15») с 1%-ным содержанием в ней хлористого аммония (ГОСТ 2210-73 «Аммоний хлористый технический») от массы жидкой смолы. Количество связующего составляло 10-12% в пересчете на сухое вещество от абсолютно сухой массы внутреннего слоя древесной плиты. Смешивание компонентов внутреннего слоя древесной плиты со связующим осуществляли в лабораторном смесителе. После этого проводили горячее плоское прессование наружных и внутреннего слоев древесной плиты при температуре 170-175С, давлении 2,3-2,4 МПа и продолжительности 0,3-0,35 мин. на 1 мм толщины древесной плиты. Для изготовления древесной плиты толщиной 16 мм продолжительность горячего плоского прессования составляла 4,8-5,6 мин.
В таблице 1 приведены значения предела прочности при изгибе заявляемой древесной плиты в зависимости от вида материала в ее внутреннем слое и массового соотношения компонентов. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 10635-88 «Плиты древесностружечные. Методы определения предела прочности и модуля упругости при изгибе».
Таблица 1
Значения предела прочности при изгибе заявляемой древесной плиты в зависимости от вида материала в ее внутреннем слое и массового соотношения компонентов
Массовое соотношение компонентов внутреннего слоя древесной плиты, %
Предел прочности при изгибе, МПа
Массовое соотношение компонентов внутреннего слоя древесной плиты, %
Предел прочности при изгибе, МПа
древесная стружка
кора березы, осины, ольхи в одинаковом массовом  соотношении
древесное волокно
кора березы, осины, ольхи в одинаковом массовом  соотношении
50
50
11,3
50
50
11,8
60
40
12,5
60
40
13,0
70
30
13,5
70
30
14,6
80
20
15,0
80
20
16,0
Анализ приведенных в таблице 1 данных показывает, что предел прочности при изгибе испытуемых вариантов заявляемой древесной плиты находится на уровне 11,3-16,0 МПа, то есть по данному показателю древесные плиты удовлетворяют ГОСТ 10632-2014 «Плиты древесно-стружечные. Технические условия». В данном ГОСТ предел прочности при изгибе древесных плит толщиной 16 мм для марки Р1 должен быть не ниже 10 МПа, а для марки Р2 – не ниже 11 МПа. Уменьшение во внутреннем слое древесной плиты массового соотношения древесной стружки или древесного волокна ниже 50%, а следовательно, и увеличение массового соотношения коры березы, осины, ольхи более 50% снижает предел прочности древесной плиты при изгибе. В то же время, увеличение во внутреннем слое древесной плиты массового соотношения древесной стружки или древесного волокна более 80% повышает предел прочности при изгибе древесной плиты, но уменьшает количество коры, оставляя нерешенной проблему ее утилизации, в частности, при изготовлении древесных плит.
max
Шероховатость поверхности Rm заявляемой древесной плиты определялась по прибору ТСП-4 и составила 190 мкм, что соответствует требованиям ГОСТ 7016-2013 «Изделия из древесины и древесных материалов. Параметры шероховатости поверхности», по которому этот параметр шероховатости для структурированного шпона (листов для облицовки) должен быть не выше 200 мкм.
Такое исполнение древесной плиты позволяет повысить прочность и качество ее поверхности.